Солнечные панели : Как работают солнечные панели?

Основы производства и распределения солнечной энергии

• Солнечная энергия попадает на солнечные элементы, создавая электрическое поле.

• Вырабатываемая энергия циркулирует к краю панели и превращается в проводящий провод.

• Проводящий провод передает электрическую энергию на инвертор, где она преобразуется из постоянного (DC) в переменный (AC), который используется для электроснабжения домов.

• Другой провод передает электрическую энергию переменного тока от инвертора на электрическую панель объекта (также известную как блок выключателя), распределяя необходимую электроэнергию по территории.

• Любая электроэнергия, которая не требуется во время генерации, направляется через счетчик в коммунальную электросеть.

Электрический ток, протекающий через счетчик, заставляет счетчик работать в обратном направлении, кредитуя вашу собственность за избыточную выработку.

Солнечные панели имеют зеркала, которые концентрируют солнечное излучение для преобразования солнечной энергии в электричество.

Эта энергия может быть преобразована в электричество или сохранена в батареях или тепловых накопителях.

В то время как каждое место на Земле получает некоторое количество солнечного света в течение года, интенсивность солнечной радиации, достигающей любого данного места на поверхности Земли, различается.

Солнечные батареи улавливают это излучение и преобразуют его в полезную энергию.

Пошаговое описание того, как работают солнечные панели

Вот простое трехэтапное руководство о том, как на самом деле работают солнечные батареи.

Солнце генерирует энергию

Для начала ответим на вопрос "как работают солнечные батареи?" Давайте сначала обсудим, как традиционно производится электроэнергия.

Производство электроэнергии требует использования топлива.

Многие виды топлива, используемые в производстве электроэнергии, могут иметь серьезные экологические последствия.

Ущерб причинен как добычей, так и использованием ископаемого топлива.

Уголь, который добывают в горах, используется в качестве топлива на обычных электростанциях.

Уран добывается из шахт для использования в атомной энергетике.

Получение и доставка топлива, используемого в производстве электроэнергии, - трудоемкий, а иногда и разрушительный процесс.

В процессе сжигания ископаемого топлива, такого как уголь и природный газ, образуются загрязнители воздуха.

Использование ядерной энергии увеличивает вероятность утечки радиоактивных веществ.

Солнечная энергия, с другой стороны, работает на совершенно другом виде топлива: солнечном свете.

Здесь нет горных работ, нет крупных трубопроводов и нет движения по земле - только естественный солнечный свет, падающий с неба.

Солнечный свет обильно, его легко собрать, он безопасен и не наносит вреда окружающей среде.

Поскольку солнце - бесконечный ресурс, солнечную энергию часто называют возобновляемой энергией.

Вот почему некоторые регионы будут предоставлять местные субсидии на конфигурацию солнечной энергии.

Существуют и другие типы солнечной энергии, такие как солнечная тепловая энергия и концентрирующая солнечная энергия.

Солнечные панели поглощают солнечный свет

Когда солнечный свет проходит со скоростью света примерно 93 миллиона миль от Солнца и падает на солнечную панель, начинается процесс производства электроэнергии.

Солнечная панель, скорее всего, установлена на солнечной крыше или на земле в саду или на близлежащем поле.

Скорее всего, это связано с другими типами популярных солнечных панелей.

Солнечная батарея - это группа из нескольких панелей.

Что такое солнечная панель?

Это четырехугольная пластинчатая структура, состоящая из кремниевых ячеек, типа полупроводника.

Он также известен как модуль.

Электроны присутствуют в клетках.

Некоторые вещества (например, фосфор и бор) наносятся на клетки для образования магнитного поля.

Некоторые клетки заряжены положительно, а другие - отрицательно.

Солнечный свет разрушает электроны, позволяя отрицательно заряженным электронам течь к одной стороне кремниевой ячейки.

В результате движения возникает поток или ток электроэнергии.

Электричество собирается металлическими проводниками на ячейке и передается по проводам.

Солнечный свет преобразуется в электричество с помощью солнечного инвертора.

Солнечная энергия в настоящее время еще не готова для домашнего использования.

Здесь вступает в силу установка солнечного инвертора.

Это металлический ящик, также называемый солнечным преобразователем, который может быть расположен в вашем доме рядом с блоком предохранителей.

Несмотря на свой скромный внешний вид, коробка играет важную роль в использовании солнечной энергии.

Считайте это связующим звеном между вашими солнечными панелями и вашим домом.

Мало того, что его катушки, провода и магниты «инвертируют» мощность с постоянного тока на переменный, что позволяет использовать его в домашнем хозяйстве, инвертор также помогает в других функциях управления питанием.

В случае отключения электроэнергии некоторые инверторы могут отключить дом от центральной сети.

Инвертор также может включать минимальное количество энергии батареи, чтобы гарантировать, что дом получит электричество в случае сбоя питания.

Поскольку они выполняют функции управления энергопотреблением и связи, которые делают вашу солнечную энергию более надежной, новые инверторы часто называют «умными» конфигурациями солнечной энергии.

Стоит отметить, что есть отличие от традиционного инвертора.

Микроинвертор - это то, на что вы смотрите.

Микро-инверторы не помещаются в коробку, а устанавливаются непосредственно под солнечными панелями.

Когда ваш солнечный инвертор работает, небо является пределом с точки зрения различных вещей, которые вы можете использовать на солнечной энергии, таких как солнечное отопление бассейна, варианты установки солнечного отопления дома и солнечные водонагреватели.

Наука о фотоэлектрических элементах

Солнечные фотоэлектрические панели состоят из фотоэлектрических элементов меньшего размера, которые могут преобразовывать солнечный свет в электричество.

Эти элементы сделаны из полупроводниковых материалов, чаще всего кремния, который может проводить электричество, сохраняя при этом электрический дисбаланс, необходимый для генерации электрического поля.

Когда солнечный свет попадает на полупроводник в фотоэлементе, энергия света в форме фотонов поглощается, в результате чего многие электроны высвобождаются и свободно перемещаются внутри элемента.

Солнечный элемент состоит из положительно и отрицательно заряженных полупроводников, связанных вместе, чтобы сформировать электрическое поле.

Это электрическое поле заставляет электроны течь в одном направлении - к проводящим металлическим пластинам, выстилающим ячейку.

Этот поток называется энергетическим током, и его сила определяет, сколько электроэнергии может генерировать каждая ячейка.

Когда свободные электроны сталкиваются с металлическими пластинами, ток направляется в провода, позволяя электронам течь, как в любом другом источнике, производящем электричество.

Когда солнечная панель генерирует электрический ток, энергия передается на инвертор через серию проводов.

В то время как солнечные панели производят электричество постоянного тока (DC), большинству потребителей электроэнергии требуется электричество переменного тока (AC) для питания своих домов.

Функция инвертора заключается в преобразовании электроэнергии из постоянного (DC) в переменный (AC), что позволяет использовать его в повседневной деятельности.

После того, как электричество преобразовано в пригодную для использования форму (мощность переменного тока), оно передается от инвертора на электрическую панель и циркулирует по дому по мере необходимости.

Солнечная энергия теперь широко доступна для питания осветительных приборов, бытовых приборов и другого электронного оборудования.

Любая электроэнергия, не потребляемая через коробку выключателя, отправляется в энергосистему через счетчик.

Счетчик коммунальных услуг контролирует поток электроэнергии в ваш дом и обратно.

Когда ваша система солнечных батарей вырабатывает больше электроэнергии, чем вы потребляете на месте, этот счетчик меняет положение, и вам засчитывается избыточная мощность, произведенная в процессе чистого измерения.

Когда вы потребляете больше электроэнергии, чем вырабатывает ваша солнечная панель, вы получаете дополнительную энергию из сети через этот счетчик, заставляя ее нормально функционировать.

Пока вы не отключитесь от сети с помощью решения для хранения, вам нужно будет использовать немного энергии сети, особенно ночью, когда ваша солнечная панель не генерирует.

Тем не менее, большая часть этой сетевой энергии будет компенсироваться избыточной солнечной энергией, вырабатываемой в течение дня и в периоды меньшего использования.

Солнечная горячая вода и концентрированная солнечная энергия

Солнечные системы горячего водоснабжения собирают солнечную энергию и используют ее для нагрева воды в вашем доме.

Коллекторы, накопительный бак, теплообменник, система управления и резервный нагреватель являются основными частями этих систем.

В солнечной системе горячего водоснабжения движение электронов отсутствует.

Скорее, панели преобразуют солнечный свет в тепло.

Панели солнечной тепловой системы называются «коллекторами» и обычно устанавливаются на крышах.

Они захватывают энергию иначе, чем обычные фотоэлектрические панели, вырабатывая тепло, а не электроэнергию.

Солнечный свет проходит через стеклянное покрытие коллектора и попадает на пластину поглотителя, которая имеет покрытие, предназначенное для сбора солнечной энергии и преобразования ее в тепло.

Это тепло передается «теплоносителю» (антифризу или питьевой воде), находящемуся в небольших трубках в пластине.

Концентрированная солнечная энергия работает так же, как солнечная горячая вода, преобразуя солнечный свет в тепло.

Технология CSP генерирует энергию, концентрируя солнечную тепловую энергию с помощью зеркал.

Зеркала в установке CSP отражают солнце до точки фокусировки.

Поглотитель или приемник улавливает и накапливает тепловую энергию в этой точке фокусировки.

CSP чаще всего используется в коммунальных установках, чтобы помочь в продвижении энергосистемы.

Другие важные компоненты работы солнечных панелей

Помимо кремниевых солнечных элементов, солнечная панель содержит стеклянный кожух, обеспечивающий долговечность и безопасность кремниевых фотоэлементов.

Панель имеет изолятор и защитный задний лист под стеклом, который защищает от поглощения энергии и температуры в солнечной системе.

Эта изоляция имеет решающее значение, поскольку более высокие температуры снижают эффективность, что приводит к снижению производительности солнечных панелей.

Солнечные панели покрыты антибликовым покрытием, улучшающим поглощение солнечного света и позволяющим кремниевым элементам получать максимальное воздействие солнечного света.

Кремниевые солнечные элементы обычно производятся с двумя конфигурациями элементов: монокристаллическими и поликристаллическими.

Монокристаллические ячейки состоят из одного кристалла кремния, тогда как поликристаллические ячейки состоят из кремниевых фрагментов или осколков.

Хотя монокристаллические форматы обычно более дороги, они предоставляют больше места для движения электронов, обеспечивая более эффективную солнечную технологию, чем поликристаллические.

Что такое эффективная солнечная панель?

Приобретая солнечные панели, имейте в виду, что не все солнечные панели одинаковы по эффективности.

Вот почему стоимость установки солнечных панелей часто бывает разной.

Эффективность солнечной панели определяется тем, сколько солнечного света, падающего на нее, преобразуется в электроэнергию.

Чем эффективнее ваши солнечные батареи, тем меньше вам потребуется.

Эффективность солнечных панелей чрезвычайно важна, если у вас ограниченное пространство на крыше или она частично затенена.

При поиске эффективности цена не всегда учитывается.

То, что вы сэкономите, купив меньше панелей, вы можете потерять, заплатив более высокую цену за более эффективные модели.

Перед установкой солнечных батарей вам следует изучить количество солнечных лучей для вашего дома, которые указывают на ваш потенциал для высокоэффективной солнечной системы в зависимости от местоположения и количества получаемого солнечного света.

Большинство фотоэлементов имеют КПД около 15% и 20%, с отклонениями на обоих концах спектра.

Сложные солнечные панели в некоторых случаях могут превосходить 22-процентную эффективность, но большинство солнечных батарей, представленных на рынке, производят не более 20 процентов.

При одинаковом количестве солнечного света, сияющем в течение одного и того же времени на двух солнечных панелях с разными показателями эффективности, более эффективная панель будет генерировать больше электроэнергии, чем менее эффективная панель.

Как погода влияет на работу солнечных батарей?

Климатические условия могут влиять на количество энергии, вырабатываемой солнечными панелями, хотя и не так, как вы думаете.

Конечно, идеальные условия для выработки солнечной энергии включают ясный солнечный день.

Однако, как и большая часть электроники, солнечные батареи более производительны в холодную погоду, чем в теплую погоду.

В результате панель может генерировать больше энергии за то же время.

Панель генерирует меньше напряжения и вырабатывает меньше энергии при повышении температуры.

Хотя солнечные батареи более надежны в зимних условиях, они не обязательно производят больше энергии, чем летом.

Более солнечная погода чаще встречается в более теплые летние месяцы.

В дополнение к меньшему количеству облаков солнце обычно видно в течение более длительного периода дня.

Таким образом, даже если ваши панели менее эффективны в жаркую погоду, они наверняка будут вырабатывать больше электроэнергии летом, чем зимой.

Некоторые штаты получают больше солнечного света, чем другие.

Итак, если климатические условия могут влиять на производство солнечной энергии, являются ли одни штаты лучшим выбором для использования солнечной энергии, чем другие?

Простой ответ - да, но не всегда из-за погоды.

Возьмем, к примеру, облака.

Любой, кто обгорел в пасмурный день, понимает, что солнечная радиация проникает сквозь облака.

По той же причине солнечные панели могут генерировать электроэнергию даже в пасмурные дни.

Однако, в зависимости от количества облачности и качества солнечных панелей, эффективность выработки энергии солнечными панелями может составлять от 10 до 25 процентов или более по сравнению с солнечным днем.

Факты о том, как работают солнечные панели

Вот еще несколько фактов о том, как работают солнечные панели, которые вы, возможно, захотите узнать.

Солнечные панели не требуют прямого солнечного света для работы

Хотя оптимальная производительность достигается, когда светит солнце, электроэнергия вырабатывается в пасмурные дни и зимой.

С другой стороны, ночью электричество не вырабатывается, но эту проблему можно решить с помощью системы хранения.

Стоимость системы хранения на солнечных батареях может быть компенсирована продажей избыточной энергии в национальную сеть и преимуществом полной энергетической независимости.

Вы должны иметь в виду, что солнечные батареи вырабатывают бесплатную электроэнергию в течение дня, когда это дороже и, следовательно, более ценно.

Возможные проблемы

Перед установкой солнечных батарей учитывайте форму и наклон крыши, а также расположение самого дома.

Для достижения наилучших годовых показателей крыша должна быть ориентирована на юг под углом 30 градусов.

Это не строгие требования, поскольку солнечные панели могут работать в различных условиях при условии, что в системе не будет теней с 10:00 до 16:00.

Убедитесь, что ваши солнечные панели расположены вдали от деревьев и кустов по двум причинам: они могут затенять установки, а ветки и листья могут царапать поверхность, снижая их производительность.

Чрезмерное воздействие ветра и дождя может также снизить производительность в долгосрочной перспективе, поэтому при оценке размещения следует принимать во внимание укрытия от ветра.

Тем не менее, солнечные системы обычно имеют 25-летнюю гарантию, которая гарантирует, что производительность не упадет ниже 80% в течение этого периода.

Удивительно, но солнечные системы не работают оптимально в более жарком климате.

Это связано с тем, что солнечные элементы используют солнечный свет, а не тепло, а высокие температуры снижают их производительность.

Из какого материала сделаны солнечные батареи?

Солнечные панели, также называемые фотоэлектрическими элементами, представляют собой системы на основе полупроводников, которые преобразуют солнечный свет в электричество.

Когда свет попадает на клетки, электроны отделяются от их атомов и проходят через клетку, вызывая выработку электричества.

Солнечные панели в бытовых установках теперь могут преобразовывать около 20% получаемого ими солнечного света в электроэнергию.