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:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Стельки +Winter с электроподогревом 02.01.2017 На сайте KickStarter завершается сбор средств на выпуск стелек с подогревом +Winter. В стельку встроен аккумулятор, нагревательный элемент и схема управления с беспроводным интерфейсом. Толщина стельки в районе пятки, где находится аккумулятор, равна 6 мм, в районе носка - 2 мм. Заряжается стелька от беспроводного зарядного устройства. По оценке разработчиков, зарядка полностью разряженного аккумулятора занимает примерно три часа, а греют стельки около пяти часов. Конечно, время работы зависит от выбранной температуры. Регулировка осуществляется с помощью мобильного приложения. Кроме того, стелька автоматически выключается, если в течение некоторого времени она остается совершенно неподвижной или если ее перевернуть вверх ногами. Комплект из двух стелек, двух зарядных устройств, пары носков и мешка для хранения стоит 133 евро.

Другие интересные новости:

▪ Выращена пшеница, терпимая к соленой почве

▪ Роботы с искусственным интеллектом могут заменить журналистов

▪ STM32L4P5/Q5 - семейство STM32L4+ в малогабаритных корпусах

▪ 7,5-дюймовый ЖК-дисплей

▪ Микро-сегвей Ninebot mini

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телефония. Подборка статей

▪ статья Небо в алмазах. Крылатое выражение

▪ статья Какие существа виновны в цвете Кровавого водопада в Антарктиде? Подробный ответ

▪ статья Учитель-логопед. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Автоматическое выключение усилителя и других звуковоспроизводящих устройств. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Упрощенное Сегнерово колесо. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026