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:

Интерактивная система Lego Smart Play 17.01.2026

Компания Lego предложила новый подход к конструкторским играм, представив платформу Smart Play, которая объединяет традиционные кирпичики с сенсорами, звуками и возможностью реагировать на действия ребенка. Разработка системы заняла около восьми лет и направлена на поддержку социальной, сюжетной и творческой игры. Главная идея Smart Play заключается в том, чтобы "спрятать" сложную электронику внутри конструкции. Это позволяет детям сосредотачиваться не на гаджетах, а на создании историй, взаимодействии с персонажами и собственной фантазии. Технология ориентирована на развитие творческого мышления и вовлечение в игру с самого начала. Система базируется на специальном "умном кирпиче", оснащенном датчиками, который способен реагировать на движение, воспроизводить звуки и распознавать другие элементы конструктора, включая умные минифигурки. Дополнительные Tiny Smart Tags позволяют платформе понимать контекст использования кирпичей: например, находится ли элемент в машине, вертолете и ...>>

Геймерские AR-очки ROG XREAL R1 17.01.2026

Дополненная реальность (AR) стремительно проникает в сферу развлечений, открывая пользователям новые формы взаимодействия с играми и мультимедийным контентом. Компании ASUS и XREAL представили долгожданное устройство - AR-очки ROG XREAL R1, которые обещают изменить представление о мобильных играх и иммерсивном игровом опыте. Новинка поражает своими техническими характеристиками. Каждое глазное яблоко пользователя получает изображение с помощью двух micro-OLED дисплеев с разрешением 1920x1080, пиковая яркость достигает 700 нит, а поле зрения составляет 57°. Частота обновления 240 Гц обеспечивает плавное изображение даже в динамичных играх, а встроенные динамики от Bose гарантируют качественный звук. Центром управления устройством стал ROG Control Dock - настоящий мультимедийный хаб, оснащенный двумя HDMI 2.0 и DisplayPort 1.4. Он позволяет мгновенно переключаться между ПК, консолями и другими устройствами. Подключение через USB-C обеспечивает максимальную совместимость, включая по ...>>

Большой адронный коллайдер прекращает работу 16.01.2026

Физика элементарных частиц - одна из самых передовых областей науки, где каждый эксперимент может изменить наше понимание мироздания. Центральным инструментом этих исследований является Большой адронный коллайдер (LHC), уникальный ускоритель частиц, позволяющий изучать самые фундаментальные законы природы. Недавно стало известно, что LHC временно прекращает свою работу для масштабной модернизации, которая подготовит его к новому этапу экспериментов с гораздо большей производительностью. Коллайдер, расположенный в подземном тоннеле вдоль швейцарско-французской границы, создает столкновения частиц на невероятно высоких энергиях. Именно здесь в 2012 году ученые открыли бозон Хиггса - ключевую частицу, объясняющую, почему другие элементарные частицы имеют массу. Это открытие стало одним из самых значимых событий современной физики и подтвердило предсказания Стандартной модели. Причиной временной остановки LHC стало развертывание проекта High-Luminosity LHC (HL-LHC). Модернизация позв ...>>

Случайная новость из Архива 7-нм настольные APU Renoir - Ryzen 4000G, PRO 4000G и Athlon PRO 3000G 22.07.2020 Компания AMD представила гибридные процессоры Ryzen 4000G для настольной платформы AM4, родственным хорошо зарекомендовавшим себя 7-нм мобильным чипам Ryzen 4000-й серии. Они предназначены для OEM-сегмента и не будут доступны в розничных магазинах, но в будущем AMD обещает выпустить некоторые модели новых APU для рынка DIY (с платами на чипсетах AMD 400-й и 500-й серии). Десктопные APU Renoir используют тот же 7-нм кристалл, что и мобильные сородичи - с восемью физическими ядрами Zen 2, 8 МБ кэш-памяти L3 и графическим модулем с восемью блоками Compute Units (CU) на улучшенной архитектуре Vega. Но если мобильные Renoir упираются в 35-ваттный TDP, то десктопные аналоги повышают планку до 65 Вт, работают на более высоких частотах и, следовательно, уровень их производительности выше. Десктопные APU Renoir официально поддерживают оперативную память DDR4-3200 (при этом AMD в тестах производительности использовала более быструю память DDR4-3600), частота x86-ядер достигает 4,4 ГГц в случае флагманской модели Ryzen 7 4700G, а встроенный GPU работает на 1700-2100 МГц в зависимости от модели. Также представлены гибридные процессоры Ryzen Pro 4000 и Athlon Pro 3000, предназначенные для готовых компьютеров бизнес-класса. Они родственны потребительским моделям (характеристики полностью идентичны), но при этом обладают расширенной поддержкой и технологиями безопасности (полное шифрование оперативной памяти и набор функций AMD Pro).

Другие интересные новости:

▪ Светящиеся растения заменят фонари и светильники

▪ Технология испарения пластика

▪ Вязание - тоже терапия

▪ Космический корабль SpaceX Crew Dragon успешно вернулся с МКС

▪ Выращивание грибов внутри ветрогенераторов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Начинающему радиолюбителю. Подборка статей

▪ статья История России. Шпаргалка

▪ статья Как начался цирк? Подробный ответ

▪ статья Васаби. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Смешанные (комбинированные) кремы для обуви. Простые рецепты и советы

▪ статья Овощерезка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026