Солнечные панели – альтернативный источник электроэнергии. Часть 2

56cfaba74471bdc325bb42b4c39227e8Из предыдущей части читатели узнали об истории создания, а также использования гелиопанелей, теперь приступим к информации о том, как эти устройства работают. Электричество из энергии солнечного света «добывается» за счет электронно-дырочного перехода (или p-n перехода).

Данный переход является базовой основой полупроводников – при удалении крышки с транзистора и помещении последнего на солнце вольтметр определяет, что вырабатывается небольшое количество электричества. Что же происходит?

Частички света попадают в полупроводниковые пластины с кремниевыми кристаллами. Каждая частичка выбивает 1 электрон, который вращается вокруг атомов, и благодаря именно этим электронам возникает электроэнергия.

Современные солнечные панели работают по точно такому же принципу, как и их предшественники. Изменениям подвергается только конструкция, а также материалы, за счет чего ученые добиваются большего коэффициента полезного действия, а также коэффициента фотоэлектрического преобразования.

Что касается каркаса гелиопанелей, его делают из такого металла, как сталь. На каркасе находятся панели с фотоэлементами на базе монокристаллов галлия, арсенида, кремния. Первые два применяют не так часто, в основном в солнечных панелях используют кремний. От снега, дождя и т.д. солнечные панели защищают спецстекла. «Изнанка» гелиопанелей содержит силовые контакты, за счет которых они подключаются к потребляющей электрической сети.

О фотоэлементах

Фотоэлементы, которыми оборудуются современные гелиопанели, обладают топоразмерами 125x156 миллиметров, 125x125 миллиметров и 103x103 миллиметра. Кремниевые пластины имеют вид диска, однако собрать панель из дисков – та еще задача. Потому пластины делают прямоугольными либо 8-гранными. Собрать гелиопанель из полноразмерных деталей нелегко, потому применяют также их части – 1/6, 1/4, 1/3, 1/2. 180-220 микрометров – такова толщина кристаллов из кремния. Та сторона фотоэлементов, которая «смотрит» на солнце, содержит специальное антирефлексионное покрытие и текстуру, благодаря чему уменьшается отражаемость лучей солнца.

Элементы из кремния, используемые в гелиопанелях, состоят из 2-х полупроводниковых пластин. Для изготовления одной из пластин, внутренней, применяется кристально чистый кремний, прошедший многоэтапную обработку, а для наружной – кремниевый расплав со специальными примесями.

Один фотоэлемент по причине маленьких размеров имеет очень низкую производительность, потому с помощью последовательного либо параллельного подключения из них делают панели. Последовательное соединение позволяет получить высокие значения электричества, а параллельное – более высокий показатель напряжения. Чтобы добиться одновременно и увеличения значений тока, и высоты напряжения, одну гелиопанель собирают при помощи обоих видов соединения. К слову, при совмещении способов соединения уменьшается угроза полной поломки группы фотоэлементов, если один из них выйдет из строя.

Ко всем группам фотоэлементов, которые представляют собой четвертую часть гелиопанели, подключается 1 диод. Иными словами, на 1 панель приходится 4 диода. Они помогают предотвратить поломку элементов, которые временно лишены солнечного света. При отсутствии диодного шунтирования фотоэлементы, которые не освещаются, будут использовать электричество, перегреются и в итоге сгорят.

Какие бывают фотоэлементы?

При построении фотоэлементов используют, как правило, такой материал, как кремний. При изготовлении большей части современных фотоэлементов (80 процентов) применяется поликристаллический либо монокристаллический кремний, а остальные двадцать делают из такого кремния, как аморфный.

Фотоэлементы из монокристаллического кремния обладают высоким коэффициентом полезного действия (около четырнадцати процентов), они имеют наибольший эксплуатационный срок – восемнадцать – двадцать лет.

Монокристалл получают из кремниевого расплава, выглядит он как стержень. После из стержня делают диски толщиной 0,2 – 0,4 миллиметра, которые сначала оттачиваются, подвергаются зачистке и шлифовке, а затем их покрывают антирефлексионными, а также защитными покрытиями, и металлизируют. Их минус заключается в высокой стоимости и в чувствительности к затемнению.

Поликристаллический кремний получают путем постепенного охлаждения кремниевого расплава. Его коэффициент полезного действия составляет двенадцать процентов, а эксплуатационный срок равняется 10 годам. Но он не так чувствителен к затемнению, и стоит дешевле, чем монокристаллический.

Фотоэлементы из такого кремния, как аморфный, получают, осаждая кремниевую пленку, толщина которой не превышает 1 микрометр, на подложку, а затем их покрывают защитным слоем. Они гибки, и потому мало подвержены механическим воздействиям, также данные фотоэлементы имеют высокую эффективность при плохом освещении. В числе их плюсов – допускаются элементы, имеющие большую площадь, они имеют невысокую цену. К недостаткам относится небольшой эксплуатационный срок (десять-пятнадцать лет), 7-8-процентный коэффициент полезного действия.

Кроме кремниевых фотоэлементов существуют также тонкопленочные безкремниевые виды.

CIGS (CIS). 1-й подтип представляет собой соединение индия, меди, селена, 2-й – соединение индия, меди, селена и галлия. Они обладают одиннадцатипроцентным коэффициентом полезного действия. Такие фотоэлементы могут похвастаться высокой эффективностью при отсутствии солнечных лучей, показывают отличную работу под рассеянным солнечным светом. Их мощность увеличивается при пассивном нахождении под солнечными лучами, они медленнее портятся под солнцем.

Элементы, изготовленные из теллурида кадмия, обладают 11-12-процентным коэффициентом полезного действия. Весомый аргумент в пользу того, чтобы отказаться от их использования, заключается в ядовитости кадмия. Однако, по словам разработчиков, фотоэлементы содержат небольшое количество данного вещества, а потому и вреда от них никакого нет.







Статьи по теме:

Оставить комментарий