Φυσικοί από τη Ρωσία έχουν βελτιώσει την απόδοση των ηλιακών συλλεκτών κατά 20%

Σχέση απόδοσης και υλικών και τεχνολογιών

Πώς λειτουργούν τα ηλιακά πάνελ; Με βάση τις ιδιότητες των ημιαγωγών. Το φως που πέφτει πάνω τους παράγει νοκ άουτ από τα σωματίδια ηλεκτρονίων που βρίσκονται στην εξωτερική τροχιά των ατόμων. Ένας μεγάλος αριθμός ηλεκτρονίων δημιουργεί δυναμικό ηλεκτρικού ρεύματος - υπό συνθήκες κλειστού κυκλώματος.

Για την παροχή μιας κανονικής ένδειξης ισχύος, μια μονάδα δεν θα είναι αρκετή. Όσο περισσότερα πάνελ, τόσο πιο αποτελεσματική είναι η λειτουργία των καλοριφέρ, που δίνουν ρεύμα στις μπαταρίες, όπου θα συσσωρεύεται.Αυτός είναι ο λόγος που η απόδοση των ηλιακών συλλεκτών εξαρτάται επίσης από τον αριθμό των εγκατεστημένων μονάδων. Όσο περισσότερα από αυτά, τόσο περισσότερη ηλιακή ενέργεια απορροφούν και ο δείκτης ισχύος τους γίνεται μια τάξη μεγέθους υψηλότερος.

Μπορεί να βελτιωθεί η απόδοση της μπαταρίας; Τέτοιες προσπάθειες έγιναν από τους δημιουργούς τους, και μάλιστα περισσότερες από μία φορές. Η διέξοδος στο μέλλον μπορεί να είναι η παραγωγή στοιχείων που αποτελούνται από πολλά υλικά και τα στρώματά τους. Τα υλικά ακολουθούνται με τέτοιο τρόπο ώστε οι μονάδες να μπορούν να απορροφούν διαφορετικούς τύπους ενέργειας.

Για παράδειγμα, εάν μια ουσία λειτουργεί με το φάσμα UV και η άλλη με το υπέρυθρο φάσμα, η απόδοση των ηλιακών κυψελών αυξάνεται σημαντικά. Εάν σκέφτεστε σε επίπεδο θεωρίας, τότε η υψηλότερη απόδοση μπορεί να είναι ένας δείκτης περίπου 90%.

Επίσης, ο τύπος του πυριτίου έχει μεγάλη επίδραση στην απόδοση οποιουδήποτε ηλιακού συστήματος. Τα άτομά του μπορούν να ληφθούν με διάφορους τρόπους και όλα τα πάνελ, με βάση αυτό, χωρίζονται σε τρεις ποικιλίες:

• μονοκρύσταλλα?
• πολυκρύσταλλα?
• στοιχεία άμορφου πυριτίου.

Τα ηλιακά κύτταρα παράγονται από μονοκρυστάλλους, η απόδοση των οποίων είναι περίπου 20%. Είναι ακριβά γιατί είναι τα πιο αποτελεσματικά. Οι πολυκρυστάλλοι έχουν πολύ χαμηλότερο κόστος, αφού σε αυτή την περίπτωση η ποιότητα της εργασίας τους εξαρτάται άμεσα από την καθαρότητα του πυριτίου που χρησιμοποιείται στην κατασκευή τους.

Στοιχεία με βάση το άμορφο πυρίτιο έχουν γίνει η βάση για την παραγωγή εύκαμπτων ηλιακών συλλεκτών λεπτής μεμβράνης. Η τεχνολογία της κατασκευής τους είναι πολύ πιο απλή, το κόστος είναι χαμηλότερο, αλλά η απόδοση είναι μικρότερη - όχι περισσότερο από 6%. Φθείρονται γρήγορα. Επομένως, για να βελτιωθεί η διάρκεια ζωής τους, προστίθενται σε αυτά σελήνιο, γάλλιο και ίνδιο.

Χρήση

Φορητά ηλεκτρονικά

Για παροχή ηλεκτρικού ρεύματος ή/και επαναφόρτισης μπαταριών διαφόρων ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης - αριθμομηχανές, συσκευές αναπαραγωγής, φακοί κ.λπ.

Ενεργειακή προμήθεια κτιρίων

Ηλιακή μπαταρία στην ταράτσα του σπιτιού

Τα ηλιακά κύτταρα μεγάλου μεγέθους, όπως οι ηλιακοί συλλέκτες, χρησιμοποιούνται ευρέως σε τροπικές και υποτροπικές περιοχές με μεγάλο αριθμό ηλιόλουστων ημερών. Ιδιαίτερα δημοφιλή στις μεσογειακές χώρες, όπου τοποθετούνται στις στέγες των σπιτιών.

Τα νέα ισπανικά σπίτια έχουν εξοπλιστεί με ηλιακούς θερμοσίφωνες από τον Μάρτιο του 2007 για να παρέχουν μεταξύ 30% και 70% των αναγκών τους σε ζεστό νερό, ανάλογα με την τοποθεσία του σπιτιού και την αναμενόμενη κατανάλωση νερού. Τα μη οικιστικά κτίρια (εμπορικά κέντρα, νοσοκομεία κ.λπ.) πρέπει να διαθέτουν φωτοβολταϊκό εξοπλισμό.

Επί του παρόντος, η μετάβαση στα ηλιακά πάνελ προκαλεί πολλή κριτική στους ανθρώπους. Αυτό οφείλεται στην αύξηση των τιμών του ηλεκτρικού ρεύματος, στην ακαταστασία του φυσικού τοπίου. Αντίπαλοι της μετάβασης τα ηλιακά πάνελ επικρίνονται για τέτοια μετάβασης, ως ιδιοκτήτες κατοικιών και γης στα οποία εγκατεστημένα ηλιακά πάνελ και τα αιολικά πάρκα, λαμβάνουν επιδοτήσεις από το κράτος, αλλά οι απλοί ενοικιαστές όχι. Στο πλαίσιο αυτό, το γερμανικό ομοσπονδιακό υπουργείο Οικονομικών έχει εκπονήσει νομοσχέδιο που θα επιτρέψει στο εγγύς μέλλον να θεσπιστούν οφέλη για τους ενοικιαστές που ζουν σε σπίτια που διαθέτουν ενέργεια από φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις ή μπλοκ θερμοηλεκτρικών σταθμών. Παράλληλα με την καταβολή επιδοτήσεων σε ιδιοκτήτες κατοικιών που χρησιμοποιούν εναλλακτικές πηγές ενέργειας, προβλέπεται η καταβολή επιδοτήσεων στους ενοικιαστές που διαμένουν σε αυτές τις κατοικίες.

Χρήση στο χώρο

Τα ηλιακά πάνελ είναι ένας από τους κύριους τρόπους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στα διαστημόπλοια: λειτουργούν για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς να καταναλώνουν υλικά και ταυτόχρονα είναι φιλικά προς το περιβάλλον, σε αντίθεση με τις πυρηνικές και ραδιοϊσότοπες πηγές ενέργειας.

Ωστόσο, όταν πετούν σε μεγάλη απόσταση από τον Ήλιο (πέρα από την τροχιά του Άρη), η χρήση τους καθίσταται προβληματική, αφού η ροή ηλιακής ενέργειας είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης από τον Ήλιο. Όταν πετάτε προς την Αφροδίτη και τον Ερμή, αντίθετα, η ισχύς των ηλιακών μπαταριών αυξάνεται σημαντικά (στην περιοχή της Αφροδίτης κατά 2 φορές, στην περιοχή του Ερμή κατά 6 φορές).

Χρήση στην ιατρική

Νοτιοκορεάτες επιστήμονες ανέπτυξαν ένα υποδόριο ηλιακό κύτταρο. Μια μινιατούρα πηγή ενέργειας μπορεί να εμφυτευτεί κάτω από το δέρμα ενός ατόμου προκειμένου να διασφαλιστεί η ομαλή λειτουργία συσκευών που εμφυτεύονται στο σώμα, όπως ο βηματοδότης. Μια τέτοια μπαταρία είναι 15 φορές πιο λεπτή από μια τρίχα και μπορεί να επαναφορτιστεί ακόμα και αν εφαρμοστεί αντηλιακό στο δέρμα.

Τι είναι η αποτελεσματικότητα

Άρα, η απόδοση μιας μπαταρίας είναι η ποσότητα του δυναμικού που δημιουργεί στην πραγματικότητα, υποδεικνύεται ως ποσοστό. Για τον υπολογισμό του, είναι απαραίτητο να διαιρεθεί η ισχύς της ηλεκτρικής ενέργειας με την ισχύ της ηλιακής ενέργειας που πέφτει στην επιφάνεια των ηλιακών συλλεκτών.

Τώρα αυτό το ποσοστό κυμαίνεται από 12 έως 25%. Αν και στην πράξη, δεδομένων των καιρικών και κλιματικών συνθηκών, δεν ανεβαίνει πάνω από 15. Ο λόγος για αυτό είναι τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται οι ηλιακές μπαταρίες. Το πυρίτιο, που είναι η κύρια «πρώτη ύλη» για την κατασκευή τους, δεν έχει την ικανότητα να απορροφά το φάσμα UV και μπορεί να λειτουργήσει μόνο με υπέρυθρη ακτινοβολία.Δυστυχώς, λόγω αυτής της ανεπάρκειας, σπαταλάμε την ενέργεια του φάσματος UV και δεν την αξιοποιούμε σωστά.

Επίδραση στην απόδοση διαφόρων παραγόντων.

Η αύξηση της απόδοσης των ηλιακών πλαισίων είναι πονοκέφαλος για όλους τους ερευνητές που εργάζονται προς αυτή την κατεύθυνση. Μέχρι σήμερα, η απόδοση τέτοιων συσκευών κυμαίνεται από 15 έως 25%. Το ποσοστό είναι πολύ χαμηλό. Οι ηλιακές μπαταρίες είναι μια εξαιρετικά ιδιότροπη συσκευή, η σταθερή λειτουργία της οποίας εξαρτάται από πολλούς λόγους.

Οι κύριοι παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση με δύο τρόπους περιλαμβάνουν:

• Υλικό βάσης για ηλιακά κύτταρα. Το πιο αδύναμο από αυτή την άποψη είναι τα πολυκρυσταλλικά ηλιακά πάνελ με απόδοση έως και 15%. Οι ενότητες που βασίζονται σε ίνδιο-γάλλιο ή κάδμιο-τελλούριο, που έχουν έως και 20% παραγωγικότητα, μπορούν να θεωρηθούν πολλά υποσχόμενες.
• Προσανατολισμός ηλιακού δέκτη. Στην ιδανική περίπτωση, τα ηλιακά πάνελ με την επιφάνεια εργασίας τους θα πρέπει να βλέπουν τον ήλιο σε ορθή γωνία. Σε αυτή τη θέση, θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν περισσότερο. Για να αυξηθεί η διάρκεια της σωστής τοποθέτησης των μονάδων στην περιοχή του ήλιου, οι πιο ακριβοί αντίστοιχοι έχουν στο οπλοστάσιό τους μια συσκευή παρακολούθησης του ήλιου που περιστρέφει τις μπαταρίες ακολουθώντας την κίνηση του αστεριού.
• Υπερθέρμανση εγκαταστάσεων. Οι αυξημένες θερμοκρασίες έχουν αρνητική επίδραση στην παραγωγή ενέργειας, επομένως, κατά την εγκατάσταση, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί επαρκής αερισμός και ψύξη των πάνελ. Αυτό επιτυγχάνεται με την εγκατάσταση ενός αεριζόμενου κενού μεταξύ του πίνακα και της επιφάνειας εγκατάστασης.
• Η σκιά που ρίχνει οποιοδήποτε αντικείμενο μπορεί να χαλάσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα ολόκληρου του συστήματος.

Έχοντας εκπληρώσει όλες τις απαιτήσεις και, εάν είναι δυνατόν, τοποθετώντας τα πάνελ στη σωστή θέση, μπορείτε να αποκτήσετε ηλιακούς συλλέκτες με υψηλή απόδοση. Είναι υψηλό, όχι μέγιστο. Γεγονός είναι ότι η υπολογισμένη, ή θεωρητική απόδοση, είναι μια τιμή που προκύπτει σε εργαστηριακές συνθήκες, με μέσες παραμέτρους για τις ώρες φωτός της ημέρας και τον αριθμό των συννεφιασμένων ημερών.

Στην πράξη βέβαια το ποσοστό απόδοσης θα είναι μικρότερο.

Παραλαβή ηλιακού μπαταρίες για το σπίτι σας, είναι καλύτερα να εστιάσετε στο χαμηλότερο όριο απόδοσης, παρά στο ανώτερο. Επιλέγοντας με αυτόν τον τρόπο τις ηλιακές μονάδες και όλα τα εξαρτήματα που είναι κατάλληλα για την εργασία, μπορείτε να είστε σίγουροι ότι η χωρητικότητα της εγκατεστημένης εγκατάστασης είναι επαρκής. Επιλέγοντας χαμηλότερο όριο απόδοσης στους υπολογισμούς, μπορείτε να εξοικονομήσετε χρήματα από την αγορά πρόσθετων πάνελ που αγοράζονται για αντασφάλιση σε περίπτωση έλλειψης ρεύματος.

Ενθάρρυνση προοπτικών ανάπτυξης.

Μέχρι σήμερα, το απόλυτο ρεκόρ απόδοσης στην ηλιακή ενέργεια ανήκει σε Αμερικανούς προγραμματιστές και είναι 42,8%. Αυτή η τιμή είναι 2% υψηλότερη από το προηγούμενο ρεκόρ το 2010. Ποσότητα ρεκόρ ενέργειας επιτεύχθηκε με τη βελτίωση μιας ηλιακής κυψέλης από κρυσταλλικό πυρίτιο. Η μοναδικότητα μιας τέτοιας μελέτης έγκειται στο γεγονός ότι όλες οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν αποκλειστικά σε συνθήκες εργασίας, δηλαδή όχι σε χώρους εργαστηρίου και θερμοκηπίου, αλλά σε πραγματικούς χώρους της προτεινόμενης εγκατάστασης.

Στο περιθώριο όλων των ίδιων τεχνικών εργαστηρίων, οι εργασίες για την αύξηση του τελευταίου ρεκόρ δεν σταματούν. Ο επόμενος στόχος των προγραμματιστών είναι το όριο απόδοσης των ηλιακών μονάδων στο 50%.Κάθε μέρα η ανθρωπότητα πλησιάζει ολοένα και περισσότερο τη στιγμή που η ηλιακή ενέργεια θα αντικαταστήσει πλήρως τις βλαβερές και δαπανηρές πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται σήμερα και θα γίνει στο ίδιο επίπεδο με τέτοιους γίγαντες όπως οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί.

Αποδοτικότητα διαφορετικών τύπων ηλιακών συλλεκτών

Όλα τα σύγχρονα ηλιακά κύτταρα λειτουργούν με βάση τις φυσικές ιδιότητες των ημιαγωγών. Τα φωτόνια του ηλιακού φωτός, που πέφτουν σε φωτοβολταϊκά πάνελ, εκτοξεύουν ηλεκτρόνια από τις εξωτερικές τροχιές των ατόμων. Ως αποτέλεσμα, αρχίζει η κίνησή τους, η οποία οδηγεί στην εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος.

Τα μεμονωμένα πάνελ δεν μπορούν να παρέχουν κανονική ισχύ, επομένως συνδέονται σε ορισμένες ποσότητες σε μια κοινή ηλιακή μπαταρία. Όσο περισσότερα φωτοβολταϊκά στοιχεία εμπλέκονται στο σύστημα, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ισχύς εξόδου της ηλεκτρικής ενέργειας.

Γνωρίζοντας την αρχή των πάνελ, μπορείτε να προσδιορίσετε την αποτελεσματικότητά τους. Θεωρητικά, ο ορισμός της απόδοσης είναι η ποσότητα της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας διαιρούμενη με την ποσότητα ενέργειας από τις ακτίνες του ήλιου που πέφτουν σε ένα δεδομένο πάνελ. Θεωρητικά, τα σύγχρονα συστήματα μπορούν να προσφέρουν έως και 25%, αλλά στην πραγματικότητα το ποσοστό αυτό δεν υπερβαίνει το 15%. Πολλά εξαρτώνται από το υλικό από το οποίο κατασκευάζονται τα πάνελ. Για παράδειγμα, το πυρίτιο που χρησιμοποιείται ευρέως είναι σε θέση να απορροφά μόνο τις υπέρυθρες ακτίνες και η ενέργεια των υπεριωδών ακτίνων δεν γίνεται αντιληπτή από αυτό και σπαταλιέται.

Επί του παρόντος, βρίσκονται σε εξέλιξη εργασίες για τη δημιουργία πολυστρωματικών πάνελ, τα οποία καθιστούν δυνατή την κατασκευή ηλιακών συλλεκτών υψηλής απόδοσης. Ο σχεδιασμός τους περιλαμβάνει διάφορα υλικά που βρίσκονται σε διάφορα στρώματα. Επιλέγονται με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι σε θέση να συλλάβουν όλα τα κύρια ενεργειακά κβάντα.Δηλαδή, κάθε στρώμα ενός συγκεκριμένου υλικού είναι ικανό να απορροφά έναν από τους τύπους ενέργειας.

Θεωρητικά, για τέτοιες συσκευές, η απόδοση μπορεί να αυξηθεί έως και 87%, αλλά στην πράξη, η τεχνολογία για την κατασκευή τέτοιων πάνελ είναι αρκετά περίπλοκη. Επιπλέον, το κόστος τους είναι πολύ υψηλότερο σε σύγκριση με τα τυπικά ηλιακά συστήματα.

Η απόδοση μιας ηλιακής μπαταρίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο του πυριτίου που χρησιμοποιείται στα ηλιακά κύτταρα. Όλα τα πάνελ που βασίζονται σε αυτό το υλικό χωρίζονται σε τρεις τύπους:

• Μονοκρυσταλλικό, με απόδοση 10-15%. Θεωρούνται τα πιο αποτελεσματικά και η τιμή τους είναι αισθητά υψηλότερη από άλλες συσκευές.
• Τα πολυκρυσταλλικά έχουν χαμηλότερους ρυθμούς, αλλά το κόστος τους ανά watt είναι πολύ χαμηλότερο. Όταν χρησιμοποιούνται υλικά υψηλής ποιότητας, τέτοια πάνελ είναι μερικές φορές ανώτερα σε απόδοση από τα μονοκρύσταλλα.
• Εύκαμπτα πάνελ λεπτής μεμβράνης βασισμένα σε άμορφο πυρίτιο. Είναι εύκολο στην κατασκευή και χαμηλό κόστος. Ωστόσο, η απόδοση αυτών των συσκευών είναι πολύ χαμηλή, περίπου 5-6%. Σταδιακά, κατά τη λειτουργία, η απόδοσή τους μειώνεται, η παραγωγικότητα γίνεται χαμηλότερη.

πλεονεκτήματα

1. Λόγω του ότι δεν υπάρχουν κινούμενα μέρη και στοιχεία στα πάνελ, η αντοχή αυξάνεται. Οι κατασκευαστές εγγυώνται διάρκεια ζωής 25 ετών.
2. Εάν ακολουθείτε όλους τους κανόνες τακτικής συντήρησης και λειτουργίας, η λειτουργία τέτοιων συστημάτων αυξάνεται στα 50 χρόνια. Η συντήρηση είναι αρκετά απλή - καθαρίστε έγκαιρα τα φωτοκύτταρα από σκόνη, χιόνι και άλλους φυσικούς ρύπους.
3. Είναι η ανθεκτικότητα του συστήματος που είναι ο καθοριστικός παράγοντας για την αγορά και εγκατάσταση πάνελ. Αφού αποπληρωθούν όλα τα έξοδα, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται θα είναι δωρεάν.

Το σημαντικότερο εμπόδιο στην ευρεία χρήση τέτοιων συστημάτων είναι το υψηλό κόστος τους. Με τη χαμηλή απόδοση των οικιακών ηλιακών συλλεκτών, υπάρχουν σοβαρές αμφιβολίες για την οικονομική ανάγκη για τη συγκεκριμένη μέθοδο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Αλλά και πάλι, είναι απαραίτητο να αξιολογηθούν εύλογα οι δυνατότητες αυτών των συστημάτων και, με βάση αυτό, να υπολογιστεί η αναμενόμενη απόδοση. Δεν θα είναι δυνατή η πλήρης αντικατάσταση της παραδοσιακής ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά είναι πολύ πιθανό να εξοικονομήσετε χρήματα χρησιμοποιώντας ηλιακά συστήματα.

Επιπλέον, είναι δύσκολο να μην παρατηρήσετε τέτοια οφέλη όπως:

• Απόκτηση ηλεκτρικής ενέργειας στις πιο απομακρυσμένες περιοχές από τον πολιτισμό.
• αυτονομία;
• Αθόρυβος.

Μειονεκτήματα της ηλιακής ενέργειας

• Η ανάγκη χρήσης μεγάλων περιοχών.
• Ο ηλιακός σταθμός δεν λειτουργεί τη νύχτα και δεν λειτουργεί αποτελεσματικά το βραδινό λυκόφως, ενώ η αιχμή της κατανάλωσης ενέργειας εμφανίζεται ακριβώς τις βραδινές ώρες.
• Παρά την περιβαλλοντική καθαρότητα της ενέργειας που λαμβάνεται, τα ίδια τα ηλιακά κύτταρα περιέχουν τοξικές ουσίες, όπως μόλυβδο, κάδμιο, γάλλιο, αρσενικό κ.λπ.

Οι ηλιακοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής επικρίνονται λόγω του υψηλού κόστους, καθώς και της χαμηλής σταθερότητας των σύνθετων αλογονιδίων του μολύβδου και της τοξικότητας αυτών των ενώσεων. Επί του παρόντος, βρίσκεται σε εξέλιξη η ενεργός ανάπτυξη ημιαγωγών χωρίς μόλυβδο για ηλιακά κύτταρα, για παράδειγμα, με βάση το βισμούθιο και το αντιμόνιο.

Λόγω της χαμηλής απόδοσής τους, η οποία φτάνει το 20 τοις εκατό στην καλύτερη περίπτωση, οι ηλιακοί συλλέκτες θερμαίνονται πολύ. Το υπόλοιπο 80 τοις εκατό της ηλιακής ενέργειας Το φως θερμαίνει τους ηλιακούς συλλέκτες μέχρι μέση θερμοκρασία γύρω στους 55°C. ΑΠΟ αύξηση της θερμοκρασίας του φωτοβολταϊκού στοιχείου κατά 1°, η απόδοσή του πέφτει κατά 0,5%.Αυτή η εξάρτηση είναι μη γραμμική και η αύξηση της θερμοκρασίας του στοιχείου κατά 10° οδηγεί σε μείωση της απόδοσης σχεδόν κατά δύο φορές. Τα ενεργά στοιχεία των συστημάτων ψύξης (ανεμιστήρες ή αντλίες) που αντλούν ψυκτικό καταναλώνουν σημαντική ποσότητα ενέργειας, απαιτούν περιοδική συντήρηση και μειώνουν την αξιοπιστία ολόκληρου του συστήματος. Τα συστήματα παθητικής ψύξης έχουν πολύ χαμηλή απόδοση και δεν μπορούν να αντεπεξέλθουν στο έργο της ψύξης των ηλιακών συλλεκτών.

Υπολογισμός απόδοσης

Η χρήση της ηλιακής ενέργειας και ο οικονομικός ορθολογισμός τέτοιων εννοιών καθορίζουν την αποτελεσματικότητα όλων τύποι συστημάτων ηλιακών συλλεκτών. Πρώτα απ 'όλα, λαμβάνεται υπόψη το κόστος μετασχηματισμού. ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.

Το πόσο επικερδή και αποτελεσματικά τέτοια συστήματα καθορίζονται από παράγοντες όπως:

• Τύπος ηλιακών συλλεκτών και σχετικός εξοπλισμός.
• Η απόδοση των φωτοκυττάρων και το κόστος τους.
• Κλιματικές συνθήκες. Διαφορετικές περιοχές έχουν διαφορετική ηλιακή δραστηριότητα. Επηρεάζει επίσης την περίοδο απόσβεσης.

Πώς να επιλέξετε τη σωστή απόδοση

Πριν αγοράσετε πάνελ, πρέπει να ξέρετε ποια μπορεί να είναι η απαιτούμενη απόδοση μιας ηλιακής μπαταρίας.

Εάν το επίπεδο οικιακής σας κατανάλωσης είναι, για παράδειγμα, 100 kW/μήνα (σύμφωνα με τον μετρητή ρεύματος), τότε καλό είναι οι ηλιακές κυψέλες να παράγουν την ίδια ποσότητα.

Αποφάσισε για αυτό. Ας πάμε παρακάτω.

Είναι σαφές ότι ο ηλιακός σταθμός λειτουργεί μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας. Επιπλέον, η ισχύς της πινακίδας θα επιτευχθεί με την παρουσία καθαρού ουρανού. Επιπλέον, η μέγιστη ισχύς μπορεί να επιτευχθεί υπό την προϋπόθεση ότι οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν στην επιφάνεια. σε ορθή γωνία.

Καθώς αλλάζει η θέση του ήλιου, αλλάζει και η γωνία του πίνακα. Αντίστοιχα, σε μεγάλες γωνίες, θα παρατηρηθεί αισθητή μείωση της ισχύος.Αυτό είναι μόνο σε μια καθαρή μέρα. Σε συννεφιασμένο καιρό, μπορεί να είναι εγγυημένη μια πτώση ισχύος 15–20 φορές. Ακόμη και ένα μικρό σύννεφο ή ομίχλη προκαλεί πτώση ισχύος 2-3 φορές

Αυτό πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη

Τώρα - πώς να υπολογίσετε τον χρόνο λειτουργίας των πάνελ;

Η περίοδος λειτουργίας κατά την οποία οι μπαταρίες μπορούν να λειτουργήσουν αποτελεσματικά με σχεδόν πλήρη χωρητικότητα είναι περίπου 7 ώρες. Από τις 9:00 π.μ. έως τις 4:00 μ.μ. Το καλοκαίρι, υπάρχουν περισσότερες ώρες ημέρας, αλλά η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας το πρωί και το βράδυ είναι πολύ μικρή - εντός 20-30%. Το υπόλοιπο, αυτό είναι 70%, θα δημιουργηθεί ξανά, κατά τη διάρκεια της ημέρας, από τις 9 π.μ. έως τις 4 μ.μ.

Έτσι, αποδεικνύεται ότι εάν τα πάνελ έχουν ισχύ πινακίδας 1 kW, τότε το καλοκαίρι, το πιο ηλιόλουστο την ημέρα θα παράγει 7 kW/h ηλεκτρική ενέργεια. Με την προϋπόθεση ότι θα εργάζονται από τις 9 έως τις 16 ώρες της ημέρας. Δηλαδή θα ανέρχεται σε 210 kWh ρεύματος το μήνα!

Αυτό είναι ένα κιτ πάνελ. Και μια πρίζα με ισχύ μόνο 100 watt; Για μια μέρα θα δώσει 700 watt / ώρα. 21 kW το μήνα.

Πώς να κάνετε το ηλιακό σας πάνελ να λειτουργεί όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά

Η απόδοση οποιουδήποτε ηλιακού συστήματος εξαρτάται από:

• δείκτες θερμοκρασίας?
• τη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου·
• κατάσταση επιφάνειας (πρέπει να είναι πάντα καθαρή).
• καιρικές συνθήκες;
• παρουσία ή απουσία σκιάς.

Η βέλτιστη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου στον πίνακα είναι 90 °, δηλαδή μια ευθεία γραμμή. Υπάρχουν ήδη ηλιακά συστήματα εξοπλισμένα με μοναδικές συσκευές. Σας επιτρέπουν να παρακολουθείτε τη θέση του αστεριού στο διάστημα. Όταν αλλάζει η θέση του Ήλιου σε σχέση με τη Γη, αλλάζει και η γωνία κλίσης του ηλιακού συστήματος.

Η συνεχής θέρμανση των στοιχείων επίσης δεν έχει την καλύτερη επίδραση στην απόδοσή τους. Όταν η ενέργεια μετατρέπεται, συμβαίνουν σοβαρές απώλειες.Επομένως, πρέπει πάντα να αφήνεται ένας μικρός χώρος μεταξύ του ηλιακού συστήματος και της επιφάνειας στην οποία είναι τοποθετημένο. Τα ρεύματα αέρα που περνούν σε αυτό θα χρησιμεύσουν ως φυσικός τρόπος ψύξης.

Η καθαρότητα των ηλιακών συλλεκτών είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοσή τους. Εάν είναι πολύ μολυσμένα, συλλέγουν λιγότερο φως, πράγμα που σημαίνει ότι μειώνεται η απόδοσή τους.

Επίσης, η σωστή εγκατάσταση παίζει μεγάλο ρόλο. Κατά την τοποθέτηση του συστήματος, είναι αδύνατο να επιτρέψετε να πέσει πάνω του μια σκιά. Η καλύτερη πλευρά στην οποία προτείνεται να τοποθετηθούν είναι η νότια.

Όσον αφορά τις καιρικές συνθήκες, μπορούμε ταυτόχρονα να απαντήσουμε στο δημοφιλές ερώτημα εάν τα ηλιακά πάνελ λειτουργούν σε συννεφιασμένο καιρό. Φυσικά, το έργο τους συνεχίζεται, γιατί η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται από τον Ήλιο χτυπά τη Γη όλες τις εποχές του χρόνου. Φυσικά, η απόδοση των πάνελ (COP) θα είναι σημαντικά χαμηλότερη, ειδικά σε περιοχές με άφθονες βροχερές και συννεφιασμένες ημέρες το χρόνο. Με άλλα λόγια, θα παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, αλλά σε πολύ μικρότερες ποσότητες από ό,τι σε περιοχές με ηλιόλουστο και ζεστό κλίμα.

Παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση των ηλιακών κυψελών

Τα χαρακτηριστικά της δομής των φωτοκυττάρων προκαλούν μείωση της απόδοσης των πάνελ με την αύξηση της θερμοκρασίας.

Η μερική μείωση της φωτεινότητας του πίνακα προκαλεί πτώση της τάσης εξόδου λόγω απωλειών στο μη φωτισμένο στοιχείο, το οποίο αρχίζει να λειτουργεί ως παρασιτικό φορτίο. Αυτό το μειονέκτημα μπορεί να εξαλειφθεί με την εγκατάσταση ενός bypass σε κάθε φωτοκύτταρο του πίνακα. Σε συννεφιασμένο καιρό, απουσία του άμεσου ηλιακού φωτός, τα πάνελ που χρησιμοποιούν φακούς για τη συγκέντρωση της ακτινοβολίας γίνονται εξαιρετικά αναποτελεσματικά, καθώς η επίδραση του φακού εξαφανίζεται.

Από την καμπύλη απόδοσης ενός φωτοβολταϊκού πάνελ φαίνεται ότι για την επίτευξη της μεγαλύτερης απόδοσης απαιτείται η σωστή επιλογή αντίστασης φορτίου. Για να γίνει αυτό, τα φωτοβολταϊκά πάνελ δεν συνδέονται απευθείας με το φορτίο, αλλά χρησιμοποιούν έναν ελεγκτή διαχείρισης φωτοβολταϊκού συστήματος που διασφαλίζει τη βέλτιστη λειτουργία των πάνελ.

Πώς λειτουργεί μια ηλιακή μπαταρία;

Όλα τα σύγχρονα ηλιακά κύτταρα λειτουργούν χάρη στην ανακάλυψη που έκανε ο φυσικός Alexandre Becquerel το 1839 - η ίδια η αρχή της λειτουργίας των ημιαγωγών.

Εάν τα φωτοκύτταρα πυριτίου στην επάνω πλάκα θερμανθούν, τότε απελευθερώνονται τα άτομα του ημιαγωγού πυριτίου. Προσπαθούν να συλλάβουν τα άτομα της κάτω πλάκας. Σε πλήρη συμφωνία με τους νόμους της φυσικής, τα ηλεκτρόνια της κάτω πλάκας πρέπει να επιστρέψουν στην αρχική τους κατάσταση. Αυτά τα ηλεκτρόνια ανοίγουν μονόδρομα - μέσω των καλωδίων. Η αποθηκευμένη ενέργεια μεταφέρεται στις μπαταρίες και επιστρέφει πίσω στην επάνω γκοφρέτα πυριτίου.

Ιστορία

Το 1842, ο Alexandre Edmond Becquerel ανακάλυψε την επίδραση της μετατροπής του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο Τσαρλς Φριτς άρχισε να χρησιμοποιεί σελήνιο για να μετατρέψει το φως σε ηλεκτρισμό. Τα πρώτα πρωτότυπα ηλιακών κυψελών δημιουργήθηκαν από τον Ιταλό φωτοχημικό Giacomo Luigi Chamichan.

Στις 25 Μαρτίου 1948, τα εργαστήρια Bell ανακοίνωσαν τη δημιουργία των πρώτων ηλιακών κυψελών με βάση το πυρίτιο για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτή η ανακάλυψη έγινε από τρεις υπαλλήλους της εταιρείας - τον Calvin Souther Fuller, τον Daryl Chapin και τον Gerald Pearson.Ήδη 4 χρόνια αργότερα, στις 17 Μαρτίου 1958, εκτοξεύτηκε στις ΗΠΑ ένας δορυφόρος με ηλιακούς συλλέκτες, ο Avangard-1. Στις 15 Μαΐου 1958, ένας δορυφόρος που χρησιμοποιεί ηλιακούς συλλέκτες, ο Sputnik-3, εκτοξεύτηκε επίσης στην ΕΣΣΔ.

Αυτό είναι ενδιαφέρον: Στη Γερμανία, χτίστηκε το υψηλότερο αιολικό πάρκο στον κόσμο

Πόσο γρήγορα θα αποδώσουν τα ηλιακά πάνελ;

Το κόστος των ηλιακών συλλεκτών σήμερα είναι αρκετά υψηλό. Και δεδομένης της μικρής αξίας της αποτελεσματικότητας των πάνελ, το θέμα της απόσβεσης τους είναι πολύ επίκαιρο. Η διάρκεια ζωής των μπαταριών που τροφοδοτούνται από ηλιακή ενέργεια είναι περίπου 25 χρόνια ή περισσότερο. Θα μιλήσουμε για το τι προκάλεσε μια τόσο μεγάλη διάρκεια ζωής λίγο αργότερα, αλλά προς το παρόν θα μάθουμε την ερώτηση που εκφράστηκε παραπάνω.

Η περίοδος απόσβεσης επηρεάζεται από:

• Επιλεγμένος τύπος εξοπλισμού. Οι ηλιακές κυψέλες μονής στρώσης έχουν χαμηλότερη απόδοση σε σύγκριση με τις πολυστρωματικές, αλλά και πολύ χαμηλότερη τιμή.
• Γεωγραφική τοποθεσία, δηλαδή όσο περισσότερο ηλιακό φως στην περιοχή σας, τόσο πιο γρήγορα θα αποδώσει η εγκατεστημένη μονάδα.
• Κόστος εξοπλισμού. Όσο περισσότερα χρήματα ξοδέψατε για την αγορά και την εγκατάσταση στοιχείων που συνθέτουν το σύστημα εξοικονόμησης ηλιακής ενέργειας, τόσο μεγαλύτερη είναι η περίοδος απόσβεσης.
• Το κόστος των ενεργειακών πόρων στην περιοχή σας.

Η μέση περίοδος απόσβεσης για τις χώρες της Νότιας Ευρώπης είναι 1,5-2 χρόνια, για τις χώρες της Κεντρικής Ευρώπης - 2,5-3,5 χρόνια και στη Ρωσία η περίοδος απόσβεσης είναι περίπου 2-5 χρόνια. Στο εγγύς μέλλον, η απόδοση των ηλιακών συλλεκτών θα αυξηθεί σημαντικά, αυτό οφείλεται στην ανάπτυξη πιο προηγμένων τεχνολογιών που αυξάνουν την απόδοση και μειώνουν το κόστος των πάνελ. Και ως αποτέλεσμα, θα μειωθεί επίσης η περίοδος κατά την οποία το σύστημα εξοικονόμησης ενέργειας στην ηλιακή ενέργεια θα αποζημιωθεί.

Τελευταίες εξελίξεις που αυξάνουν την αποτελεσματικότητα

Σχεδόν κάθε μέρα, επιστήμονες σε όλο τον κόσμο ανακοινώνουν την ανάπτυξη μιας νέας μεθόδου για την αύξηση της απόδοσης των ηλιακών πλαισίων. Ας γνωρίσουμε τα πιο ενδιαφέροντα από αυτά. Πέρυσι, η Sharp παρουσίασε στο κοινό μια ηλιακή κυψέλη με απόδοση 43,5%. Κατάφεραν να επιτύχουν αυτόν τον αριθμό εγκαθιστώντας έναν φακό για να εστιάζουν την ενέργεια απευθείας στο στοιχείο.

Οι Γερμανοί φυσικοί δεν υστερούν του Sharp. Τον Ιούνιο του 2013, παρουσίασαν το ηλιακό τους κύτταρο με έκταση μόλις 5,2 τετραγωνικών μέτρων. mm, που αποτελείται από 4 στρώματα ημιαγωγών. Αυτή η τεχνολογία επέτρεψε την επίτευξη απόδοσης 44,7%. Η μέγιστη απόδοση σε αυτή την περίπτωση επιτυγχάνεται επίσης με την τοποθέτηση του κοίλου καθρέφτη στην εστίαση.

Τον Οκτώβριο του 2013, δημοσιεύθηκαν τα αποτελέσματα της εργασίας επιστημόνων από το Στάνφορντ. Έχουν αναπτύξει ένα νέο ανθεκτικό στη θερμότητα σύνθετο υλικό ικανό να αυξήσει την απόδοση των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Η θεωρητική τιμή της απόδοσης είναι περίπου 80%. Όπως γράψαμε παραπάνω, οι ημιαγωγοί, που περιλαμβάνουν πυρίτιο, είναι ικανοί να απορροφούν μόνο ακτινοβολία υπερύθρων. Έτσι η δράση του νέου σύνθετου υλικού στοχεύει στη μετατροπή της ακτινοβολίας υψηλής συχνότητας σε υπέρυθρη.

Οι Άγγλοι επιστήμονες ήταν οι επόμενοι. Ανέπτυξαν μια τεχνολογία ικανή να αυξήσει την απόδοση των κυττάρων κατά 22%. Πρότειναν να τοποθετηθούν νανοακίδες αλουμινίου στην λεία επιφάνεια των πάνελ λεπτής μεμβράνης. Αυτό το μέταλλο επιλέχθηκε λόγω του γεγονότος ότι δεν απορροφά το ηλιακό φως, αλλά, αντίθετα, το διασκορπίζει. Κατά συνέπεια, η ποσότητα της απορροφούμενης ηλιακής ενέργειας αυξάνεται. Εξ ου και η αύξηση της απόδοσης της ηλιακής μπαταρίας.

Εδώ δίνονται μόνο οι κύριες εξελίξεις, αλλά το θέμα δεν περιορίζεται σε αυτές. Οι επιστήμονες παλεύουν για κάθε δέκατο τοις εκατό και μέχρι στιγμής τα καταφέρνουν. Ας ελπίσουμε ότι στο άμεσο μέλλον η απόδοση των ηλιακών συλλεκτών θα είναι στο σωστό επίπεδο. Μετά από όλα, τότε το όφελος από τη χρήση των πάνελ θα είναι μέγιστο.

Το άρθρο ετοίμασε η Abdullina Regina

Η Μόσχα χρησιμοποιεί ήδη νέες τεχνολογίες για φωτισμό δρόμων και πάρκων, νομίζω ότι η οικονομική απόδοση έχει υπολογιστεί εκεί:

Τύποι ηλιακών φωτοκυττάρων και η απόδοσή τους

Η λειτουργία των ηλιακών συλλεκτών βασίζεται στις ιδιότητες των ημιαγωγικών στοιχείων. Το ηλιακό φως που πέφτει στα φωτοβολταϊκά πάνελ εκτοξεύει τα ηλεκτρόνια από την εξωτερική τροχιά των ατόμων με φωτόνια. Ο προκύπτων μεγάλος αριθμός ηλεκτρονίων παρέχει ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα κλειστό κύκλωμα. Ένα ή δύο πάνελ για κανονική ισχύ δεν αρκούν. Επομένως, πολλά κομμάτια συνδυάζονται σε ηλιακούς συλλέκτες. Για την απόκτηση της απαιτούμενης τάσης και ισχύος, συνδέονται παράλληλα και σε σειρά. Ένας μεγαλύτερος αριθμός ηλιακών κυψελών δίνει μεγαλύτερη επιφάνεια για την απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας και παράγει περισσότερη ενέργεια.

Φωτοκύτταρα

Ένας από τους τρόπους αύξησης της απόδοσης είναι η δημιουργία πολυστρωματικών πάνελ. Τέτοιες δομές αποτελούνται από ένα σύνολο υλικών διατεταγμένων σε στρώσεις. Η επιλογή των υλικών γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να συλλαμβάνονται κβάντα διαφορετικών ενεργειών. Ένα στρώμα με ένα υλικό απορροφά έναν τύπο ενέργειας, με ένα δεύτερο το ένα το άλλο, και ούτω καθεξής. Ως αποτέλεσμα, είναι δυνατή η δημιουργία ηλιακών συλλεκτών με υψηλή απόδοση. Θεωρητικά, τέτοια πάνελ σάντουιτς μπορούν να παρέχουν Απόδοση έως και 87 τοις εκατό. Αλλά αυτό είναι στη θεωρία, αλλά στην πράξη, η κατασκευή τέτοιων μονάδων είναι προβληματική. Επιπλέον, είναι πολύ ακριβά.

Η απόδοση των ηλιακών συστημάτων επηρεάζεται επίσης από τον τύπο του πυριτίου που χρησιμοποιείται στα ηλιακά κύτταρα. Ανάλογα με την παραγωγή του ατόμου πυριτίου, μπορούν να χωριστούν σε 3 τύπους:

• Μονοκρυσταλλικό;
• Πολυκρυσταλλικό;
• Πάνελ άμορφου πυριτίου.

Οι ηλιακές κυψέλες από μονοκρυσταλλικό πυρίτιο έχουν απόδοση 10-15 τοις εκατό. Είναι τα πιο αποτελεσματικά και κοστίζουν περισσότερο. Τα μοντέλα πολυπυριτίου έχουν τα φθηνότερα watt ηλεκτρικής ενέργειας. Πολλά εξαρτώνται από την καθαρότητα των υλικών, και σε ορισμένες περιπτώσεις, τα πολυκρυσταλλικά στοιχεία μπορεί να είναι πιο αποτελεσματικά από τα μονοκρύσταλλα.

Πάνελ άμορφου πυριτίου