Солнечные элементы и модули. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Способ получения электроэнергии из солнечного света известен давно. Явление фотоэффекта наблюдал впервые Э.Беккерель в 1839 г. Но на это явление не обратили внимания вплоть до 1873 г., когда У.Смит обнаружил подобный эффект при облучении светом селеновой пластины. Уже в ХХ в. был изобретен кремниевый солнечный элемент, который к 50-м годам достиг высокой степени совершенства.

Простейшая конструкция солнечного элемента на основе монокристаллического кремния показана на рис.1. На малой глубине от поверхности кремниевой пластины р-слоя сформирован p-n-переход с тонким металлическим контактом.

На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт. Когда солнечный элемент освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные электроно-дырочные пары. Электроны, генерируемые в р-слое вблизи pn-перехода, подходят к p-n-переходу и электрическим полем выносятся в n-область. Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в р-слой. В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а р-слой - положительный.

Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между р- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение. Отрицательному полюсу источника соответствует n-слой, а положительному - р-слой.

В отличие от других источников тока характеристики солнечных элементов зависят от количества падающего на поверхность света. Например, набежавшее облако может снизить выходную мощность более чем на 50%. Кроме того, солнечные элементы имеют разброс параметров, поэтому их нужно сортировать по выходному току.

Нагружая элемент, можно построить график зависимости выходной мощности от напряжения (рис.2). Пиковая мощность соответствует напряжению 0,47 В.

Таким образом, чтобы сравнить между собой солнечные элементы в одинаковых условиях, необходимо нагрузить их так, чтобы выходное напряжение равнялось 0,47 В. Подобранные элементы необходимо спаять последовательно для получения более высокого напряжения или параллельно для получения более высокого тока. Можно использовать также последовательно-параллельное соединение.

Важным моментом является температурный режим. При нагреве элемента на один градус выше 25°С он теряет 0,002 В. Для сравнения на рис.3 приведено семейство кривых вольт-амперной характеристики для температур 25 и 60°С. В яркий солнечный день элементы нагреваются до 60-70°С. Это и является основной причиной падения КПД солнечных элементов (обычно он составляет 10-16%). Элемент размером 100х100 мм может поэтому генерировать 1...1,6 Вт.

Соединение солнечных элементов в параллельные и последовательные цепочки называется солнечным модулем. При использовании для зарядки аккумуляторов с номинальным напряжением 12 В требуется, как правило, 36 солнечных элементов, что дает 16...17 В. Такой запас по сравнению с напряжением полного заряда аккумулятора (14,4 В) необходим для того, чтобы компенсировать потери в зарядном устройстве.

Все фотоэлектрические системы можно разделить на два типа: автономные и соединенные с электрической сетью (вторые отдают излишки электрической энергии в сеть). Автономная система состоит из набора солнечных модулей, размещенных на опорной конструкции, аккумуляторной батареи (АКБ), контроллера заряда-разряда аккумулятора, соединительных кабелей. Если потребителю необходимо иметь переменное напряжение, то к этому комплекту добавляют инверторпреобразователь постоянного напряжения в переменное.

Расчет ФЭС включает: определение номинальной мощности модулей, их количества, схемы соединения, выбор типа и емкости АКБ, мощностей инвертора и контроллера заряда-разряда.

Мощность потребителей указана в паспортах изделий. Мощность инвертора необходимо выбирать исходя из суммарной мощности потребителей, умноженной на 1,25. Следует иметь в виду, что некоторые потребители в момент запуска потребляют мощность во много раз больше номинальной (электромоторы).

Номинальный ряд инверторов 150, 300, 500, 800, 1500, 2500, 5000 Вт. Для мощностей выше 1 кВт напряжение станции выбирают не менее 48 В.

Определение емкости АКБ. Емкость АКБ выбирают из стандартного ряда емкостей. А расчетная емкость получается делением суммарной мощности потребителей на произведение напряжения АКБ и глубины разряда аккумулятора. Например, если суммарная мощность потребителей 1000 В т.ч. в сутки, а глубина разряда АКБ 12 В составляет 50%, то расчетная емкость составит 1000/(12х0,5) = 167 А.ч. Этот расчет сделан для условия, когда все дни солнечные.

Определение суммарной мощности и количества солнечных модулей. Среднее значение солнечной радиации для различных широт и различных месяцев года приведены в метеорологических таблицах. Например, для широты 50° значение солнечной радиации составляет в июле 180 кВт.ч/м2 при ориентации площадки на юг под углом 40° к горизонту. Это значит, что среднестатистически солнце светит в июле 180 ч (6 ч в день) с интенсивностью 1000 Вт/м2.

Модуль мощностью Рw в течение выбранного периода выработает следующее количество энергии:

W = k Pw E/1000,

где Е - значение инсоляции за выбранный период; k - коэффициент, равный 0,5 летом и 0,7 зимой (он учитывает поправку на нагрев элементов на солнце). Например, при мощности модуля 1000 Вт и Е = 180 кВт.ч/м2 за июль он выработает 90 кВт.ч электроэнергии.

Исходя из этих данных можно рассчитать суммарную мощность модулей и, разделив ее на мощность одного модуля, подсчитать количество модулей.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Apple MacBook Pro - лучший Windows-ноутбук 02.05.2013 13-дюймовый MacBook Pro оказался самым надежным ноутбуком для запуска операционной системы Windows и работы в ней. Самым надежным вендором стала компания Dell, ноутбуки которой заняли сразу пять мест в первой десятке. Apple MacBook Pro является лучшим ноутбуком для работы в операционной системе Microsoft Windows. К такому выводу пришли специалисты компании Soluto, которые протестировали 13-дюймовую модель середины 2012 г. наряду с девятью другими компьютерами. MacBook Pro был признан лучшим, потому что в установленной на нем Windows реже случались сбои, зависания и реже появлялся "синий экран смерти" по сравнению с другими ноутбуками. Версию Windows не уточняется, на которой проводились тесты, исследователи не уточнили. Протестированы также были Acer Aspire E1-571, Dell XPS 13, Dell Vostro 3560, Acer Aspire V3-771, Apple MacBook Pro 15 Retina, Dell Inspiron 14z, Dell Latitude E5530, Dell Vostro 3460 и Lenovo Thinkpad X1 Carbon - эти ноутбуки заняли места со второго по десятое соответственно. Согласно тестам, количество сбоев в Windows, установленной на MacBook Pro 13, составило 0,88 раза в неделю, число зависаний - 1,06 раза в неделю, при этом "синий экран смерти" возникал 0,01 раза в неделю. Общий балл машины составил 1,05 (чем меньше значение, тем лучше результат). Acer Aspire E1-571, который занял второе место, давал по 0,74 сбоя, 0,40 зависания и 0,06 "синего экрана смерти" каждую неделю. Общий балл - 1,12. Обладатель последнего десятого места Lenovo Thinkpad X1 Carbon давал по 1,69 сбоя, 1,34 зависания и 0,09 "синего экрана смерти" каждую неделю. Общий балл составил 3,20. Почему MacBook Pro стал самым надежным ПК на базе Windows, легко объяснить, и аналитики Soluto не скрывают этого. Дело в том, что на MacBook Pro операционная система Windows была установлена в чистом виде, без стороннего программного обеспечения, которым поставщики ноутбуков загромождают Windows. Это отражено в статистике Soluto: если на MacBook Pro насчитывалось 60 фоновых процессов, то в Acer Aspire E1-571 (второе место) - 66 процессов, а в Lenovo Thinkpad X1 Carbon (десятое место) - и вовсе 85 процессов. Производителям ноутбуков следует задуматься о том, что если бы они перестали захламлять Windows дополнительными утилитами, то операционная система работала бы намного быстрее и стабильнее, и пользователю было бы удобнее и приятнее пользоваться ноутбуком, содержится в отчете. Тем временем аналитики признают, что MacBook Pro является самым дорогим Windows-ноутбуком: даже без учета лицензии на Windows, которая в других случаях входит в стоимость компьютера, его стартовая цена равна $1199. Для сравнения, начальная стоимость обладателя второго места - $429. "Сравнение показателей ноутбуков с чистой Windows и Windows, дополненной грудой приложений, на первый взгляд кажется некорректным. Однако нашей целью было сравнение реальной ситуации - как если бы мы были обычным пользователем и купили новую систему", - пояснили в Soluto. Аналитики также признали, что установка Windows на Mac - это более длительный и сложный процесс. Кроме того, существуют и другие недостатки такой связки, например, отсутствие клавиши Del на клавиатуре Mac, возможные проблемы с драйверами и так далее. С другой стороны, пользователь получает непревзойденное качество сборки и внушительный трекпад. Самой надежной маркой является Dell - целых пять систем попали в десятку.

Другие интересные новости:

▪ Искусственная кожа, чувствующая боль

▪ Футбол полезен для костей

▪ Происхождение дупла в дереве

▪ Новые источники бесперебойного питания Schneider Electric

▪ Индустриальный безвентиляторный компьютер умещается на ладони

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Культурные и дикие растения. Подборка статей

▪ статья Писали, не гуляли! Крылатое выражение

▪ статья Когда мир оказывался на пороге ядерной войны из-за технических ошибок? Подробный ответ

▪ статья Погрузка, транспортировка, разгрузка и хранение едких и ядовитых веществ и материалов. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Малогабаритные антенны переносных станций СВ связи (часть 2). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья ФВЧ для встроенного усилителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025