Новости технологий, видео обзоры, цены

Технологиям, использующим солнечные элементы, уже более 60 лет. Солнечные модули, обычно называемые фотоэлектрическими панелями, использовались для выработки электричества из света с тех пор, как были изобретены полупроводники на основе кремния. Не являясь более лабораторной диковиной, солнечные батареи сами по себе стали отраслью промышленности и таким же обыденным источником энергии, как прочие традиционные способы получения электроэнергии - паровая турбина, вращающая генератор, или атомная электростанция. На сегодняшний день известно много методов использования солнечной энергии. Мы рассмотрим наиболее распространенные устройства, производящие электричество из солнечной энергии: фотоэлектрические элементы и фотоэлектрические модули.

В производстве солнечных батарей, дающих чистую энергию, используется те же технологии, что и в производстве компьютеров.

Каким образом фотоэлектрический модуль производит электроэнергию из света?

Солнечная батарея

Элементы солнечных батарей сделаны из материалов, активируемых попаданием солнечного света на их поверхность. В них нет движущихся частей, они не подвержены износу. Соедините между собой большое количество этих элементов, и вы получите солнечную батарею или фотоэлектрический модуль. Чем больше элементов, тем выше мощность, отдаваемая модулем.

Слои, из которых состоит элемент

Верхний слой солнечного элемента содержит тонкую силиконовую пластину, в которой есть свободные электроны, являющиеся отрицательно заряженными частицами. Нижний слой, легированный бором, содержит "дырки", в которые могут перескочить электроны. Рабочий процесс создает дисбаланс между этими двумя слоями внутри полупроводникового материала. Этот дисбаланс и заставляет работать солнечные элементы, которые вырабатывают электрический ток и напряжение.

Солнце бомбардирует фотоэлемент

Солнечные фотоны врезаются в поверхность фотоэлектрического элемента. Эта активность возбуждает свободные электроны в обоих слоях кремния. Некоторые электроны с нижнего уровня переходят на верхний. Поток электронов проходит через металлические контакты, расположенные спереди и сзади солнечного элемента, что и создает электричество. Электроны текут по замкнутой электрической цепи. Объединение множества солнечных ячеек дает значительный выигрыш по току или напряжению в зависимости от того, каким способом они соединены между собой. Рассматривайте каждый элемент как батарейку. Последовательное соединение элементов (минус к плюсу) складывает напряжение, сохраняя ток таким же, как у одной ячейки. Параллельное соединение складывает токи всех элементов, не изменяя напряжения.

Питание от солнечных батарей

Солнечные батареи производят электрический ток, который подается на инвертор. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, соответствующий тому электричеству, которое производит ваша компания. Приборы и силовое оборудование работает на переменном токе. В Соединенных Штатах Америки частота переменного тока составляет 60 герц, в Европе нормой является частота 50 герц.

Солнечная электроэнергия поступает в электросеть дома, производства или электростанции, чтобы затем влиться в общую электросеть. Система, работающая самостоятельно, должна работать, как небольшая электростанция. Эта автономная система должна использовать аккумуляторы, накапливающие энергию, если солнечные батареи производят ее больше, чем требует нагрузка, и отдающие энергию, когда солнечные модули не получают от солнца достаточно энергии, чтобы покрыть энергозатраты на производстве или дома.

Получение фотоэлектрических элементов из кремниевых пластин.

Индустрия производства компьютерных чипов сделала возможным производство недорогих солнечных элементов. Успехи в производительности, обработке и качестве сделали процесс производства фотоэлектрических элементов ультрасовременным и масштабируемым. Пока не научились производить элементы из кремниевых пластин, производственный процесс требовал много времени и усилий для достижений нужного результата. Кремниевую пластину получают из кремниевого слитка, распиливая на характерные круглые пластины, которые мы можем видеть в модулях солнечных батарей.

Травление пластины

Эта часть процесса производства солнечных элементов, требующая чистого помещения, включает в себя химическую и термическую обработку, которая превращает сероватые пластины в ярко-синие переливающиеся ячейки. Химическое травление снимает тонкий слой кремния. Обнажая подложку, травление выявляет кристаллическую структуру пирамидальной формы, в результате поверхность может поглощать больше света.

Диффузия

Далее кремниевые пластины помещают в гермокамеру, где фосфор проникает в поверхность пластины. На этом этапе осаждается покрытие молекулярного размера - поверхность пластины подвергается воздействию фосфорного газа при высокой температуре. Этот шаг придает поверхностному слою отрицательный электрический потенциал. Этот слой и легированная бором подложка создают положительно-отрицательный, или p-n переход, который и является основой фотоэлектрического элемента. По такой же технологии делают полупроводниковые чипы.

Просветление и нанесение проводников

Элементы помещаются в вакуумную камеру, где производится напыление нитрида кремния на ту сторону пластины, которую будет освещать солнце, чтобы уменьшить отражение. Это покрытие придает ячейкам темно-синий цвет. Элемент готов производить электричество, но все еще нуждается в сборе и передачи энергии на нагрузку. С двух сторон элемента наносятся металлические дорожки, чтобы можно было собирать электрический заряд и создать контактные площадки для присоединения проводов. По завершении этих процедур, элемент полностью готов к работе.

Сборка элементов в солнечные батареи

Элементы располагаются так, чтобы создать нужные характеристики по току и напряжению готовой солнечной батареи. Если посмотреть на разные типы солнечных батарей, представленных на рынке, то очевидно, что расположение солнечных элементов определяется обоими атрибутами как для домашних, так и для промышленных солнечных батарей. Следовательно, физический размер рамки фотоэлектрического модуля определяется расположением солнечных элементов.

Пайка солнечных батарей

Чтобы сформировать модуль солнечных батарей, элементы объединяются в последовательные цепочки, в том числе и электрически. Несколько цепочек образуют прямоугольную матрицу элементов. Каждая матрица защищается стеклом, приклеиваемым надежным способом, обеспечивая окончательно собранной солнечной батареи живучесть в условиях нормальной нагрузки.

Изготовление каркаса солнечных батарей

Внешний каркас солнечного модуля защищает его от непогоды и ударных нагрузок, а также обеспечивает электрическое соединение в виде монтажной коробки или стандартного разъема электрического кабеля, которые обычно используются в подобных устройствах.

Местоположение и монтаж солнечных батарей

Располагать солнечные модули нужно так, чтобы они могли собрать как можно больше солнечного света, особенно во время сезонных изменений яркости солнца.

Системы солнечных батарей, устанавливаемые на крышу, представляют собой готовую конструкцию, тем более что поверхность крыши часто имеет наклон в сторону солнца и не подходит ни подо что другое.

Наземные системы солнечных батарей - неплохой выход, если крыша недоступна или мала по площади. Модули монтируются на стеллажах, закрепленных прямо на земле, что делает их доступными для обслуживания или добавления дополнительных модулей.

Тентообразные системы солнечных батарей неплохо работают на крышах сооружений типа парковок и эллингов.

Системы солнечных батарей промышленного масштаба обычно представляют собой мощные энергоблоки, размер которых зависит от нагрузки и которые не стеснены по площади.

Следящие системы солнечных батарей оптимизируют выработку электроэнергии, поворачиваясь вслед за солнцем.

Итоги обсуждения солнечных батарей

Солнечные модули появились благодаря объединению солнечных элементов и технологий, которые сделали компьютерные чипы дешевле, чем всего десять лет назад. Надежность, присущая солнечным модулям, используемым в домашних солнечных батареях, достигается благодаря отсутствию движущихся частей и высокой надежности деталей и процессов, образующих солнечный модуль. Нет практически никаких ограничений на типы солнечных электрических систем, которые могут быть разработаны, и очень мало ограничений на расположение до тех пор, пока щедро светит солнце.