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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Моделирование сетчатки биочипом 21.01.2024 Международная группа исследователей под руководством Франчески Санторо из Юлиха представила инновационный биочип, который точно имитирует сетчатку глаза человека. Это новаторское устройство становится частью всесторонних исследований в области биоэлектроники, направленных на восстановление физических и нейрологических функций. Исследование и разработка инновационного биочипа, имитирующего сетчатку глаза человека, предоставляет перспективные возможности для медицины и биоэлектроники, открывая путь к новым методам восстановления и поддержки человеческих функций. Слияние человека с машиной, долгое время остававшееся фантастическим сюжетом, теперь приобретает реальные очертания. Ранее уже существовали технологии, такие как кардиостимуляторы для лечения аритмии и кохлеарные импланты для улучшения слуха. Теперь биочип, способный эффективно взаимодействовать с человеческим телом, открывает новые перспективы для будущего. Используя ведущие полимеры и светочувствительные молекулы, чип имитирует сетчатку глаза и зрительные пути. Разработанный исследовательской группой Франчески Санторо в Институте биоэлектроники Юлиха в сотрудничестве с Аахенским университетом RWTH, Итальянским технологическим институтом в Генуе и Неаполитанским университетом, чип представляет собой полупроводник, состоящий исключительно из нетоксичных органических компонентов. Его гибкость и взаимодействие с ионами делают его более пригодным для интеграции с биологическими системами, чем традиционные полупроводниковые компоненты, созданные из кремния, которые жесткие и работают только с электронами. Этот чип, кроме функции искусственной сетчатки, может действовать как искусственный синапс. Путем воздействия света на полимер, используемый в чипе, меняется его проводимость как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. Этот механизм подобен работе настоящих синапсов, что открывает возможности для изучения процессов обучения и памяти в мозге. Возможности использования биочипа для коррекции ошибок в обработке и передаче информации, характерных для нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона или Альцгеймера, а также для поддержки дефектных органов, открывают перспективы для будущих медицинских технологий. Эти компоненты также могут служить интерфейсом между искусственными конечностями или суставами.

Другие интересные новости:

▪ Тысячи молекул объединили в единое квантовое состояние

▪ Смарфоны ASUS Zenfone Series

▪ Синдром рождественской елки

▪ Шум портит вкус еды

▪ Мир может остаться без шоколада

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструкции по эксплуатации. Подборка статей

▪ статья Необходимость самовластья и прелести кнута. Крылатое выражение

▪ статья Что такое почва? Подробный ответ

▪ статья Паркетчик. Должностная инструкция

▪ статья Шифратор и дешифратор радиоканала автосторожа. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сеанс ясновидения. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026