Солнечная энергия. Теория

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн admin

  • Администратор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 7408
Солнечная энергия. Теория

« Последнее редактирование: 11.08.2009, 10:27:13 от admin »

Оффлайн admin

  • Администратор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 7408
Солнечные элементы - немного теории

Часть 1.

Многие из нас не подозревают, что способ получения электроэнергии из солнечного света известен около 130 лет. Явление фотоэффекта впервые наблюдал Эдмон Беккерель в 1839г. Это случайное открытие оставалось незамеченным вполоть до 1873г., когда Уиллоуби Смит обнаружил подобный эффект при облучении светом селеновой пластины. И хотя его первые опыты были далеко несовершенны, они знаменовали собой начало истории полупроводниковых солнечных элементов. В поисках новых источников энергии в лаборатории Белла был изобретен кремниевый солнечный элемент, который стал предшественником современных солнечных фотопреобразователей. Лишь в начале 50-х годов 20-го века солнечный элемент достиг относительно высокой степени совершенства.

Преобразование энергии в солнечных элементах (ФЭП) основано на фотовольтаическом эффекте в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. На данной странице мы не ставим себе целью вдаваться в физику этого непростого явления, поэтому вкратце опишем практическую сторону дела.

Использовать энергию солнечных элементов можно также как и энергию других источников питания, с той разницей, что солнечные элементы не боятся короткого замыкания. Каждый из них предназначен для поддержания определенной силы тока при заданном напряжении. Но в отличии от других источников тока характеристики солнечного элемента зависят от количества падающего на его поверхность света. Например, набежавшее облако может снизить выходную мощность более чем на 50%. Кроме того отклонения в технологических режимах влекут за собой разброс выходных параметров элементов одной партии. Следовательно, желание обеспечить максимальную отдачу от фотоэлектрических преобразователей приводит к необходимости сортировки элементов по выходному току. В качестве наглядного примера “вшивой овцы портящей все стадо” можно привести следующий: в разрыв водопроводной трубы большого диаметра врезать участок трубы с гораздо меньшим диаметром, в результате водоток резко сократится. Нечто аналогичное происходит и в цепочке из неоднородных по выходным параметрам солнечных элементов.

Кремниевые солнечные элементы являются нелинейными устройствами и их поведение нельзя описать простой формулой типа закона Ома. Вместо нее для объяснения характеристик элемента можно пользоваться семейством простых для понимания кривых - вольтамперных характеристик (ВАХ).



Напряжение холостого хода, генерируемое одним элементом, слегка изменяется при переходе от одного элемента к другому в одной партии и от одной фирмы изготовителя к другой и составляет около 0.6 В. Эта величина не зависит от размеров элемента. По иному обстоит дело с током. Он зависит от интенсивности света и размера элемента, под которым подразумевается площадь его поверхности.


Оффлайн admin

  • Администратор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 7408
Часть 2.

Элемент размером 100*100 мм в 100 раз превосходит элемент размером 10*10 мм и, следовательно, он при той же освещенности выдаст ток в 100 раз больший.

Нагружая элемент, можно построить график зависимости выходной мощности от напряжения, получив нечто подобное изображенному на рис.2



Пиковая мощность соответствует напряжению около 0,47 В. Таким образом, чтобы правильно оценить качество солнечного элемента, а также ради сравнения элементов между собой в одинаковых условиях, необходимо нагрузить его так, чтобы выходное напряжение равнялось 0,47 В. После того, как солнечные элементы подобраны для работы, необходимо их спаять. Серийные элементы снабжены токосъемными сетками, которые предназначены для припайки к ним проводников.

Батареи можно составлять в любой желаемой комбинации. Простейшей батареей является цепочка из последовательно включенных элементов. Можно также соединить параллельно цепочки, получив так называемое последовательно-параллельное соединение.

Важным моментом работы солнечных элементов является их температурный режим. При нагреве элемента на один градус свыше 25оС он теряет в напряжении 0,002 В, т.е. 0,4 %/градус. На рис.3 приведено семейство кривых ВАХ для температур 25 С и 60 С.



В яркий солнечный день элементы нагреваются до 60-70 С теряя 0,07-0,09 В каждый. Это и является основной причиной снижения КПД солнечных элементов, приводя к падению напряжения, генерируемого элементом.

КПД обычного солнечного элемента в настоящее время колеблется в пределах 10-16 %. Это значит, что элемент размером 100*100 мм при стандартных условиях может генерировать 1-1,6 Вт.

Стандартными условиями для паспортизации элементов во всем мире признаются следующие:

-освещенность 1000 Вт/м2

-температура 25 С

-спектр АМ 1,5 (солнечный спектр на широте 45о)

Оффлайн admin

  • Администратор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 7408

Lpu6HuK

  • Гость
Наверное, неплохо было бы полусферические купола делать с этими элементами кремневыми для сбора солнечной энергии - часть панелей в любое время дня освещена будет.
Или, как и делают, в пустынях, напрмер - плоские поля очень большой площади панелями покрывают.
Эти технологии хоть и достаточно трудоёмкие и дорогостоящие (хотя и это - не минус, а иногда и очень хорошо), но они ЭКОЛОГИЧНЫ. Тут, правда ещё один вопрос встаёт по поводу экологичности добычи и обработки кремния, и других материалов из которых солнечные коллекторы собраны...Такое производство с химической промышленностью связано.
Есть свои недостатки, но умы, они и на то умы, чтобы подумать и их устранить.
« Последнее редактирование: 05.06.2010, 08:33:10 от Lpu6HuK »

Оффлайн admin

  • Администратор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 7408
Еще одно уникальное издание:

Не знаю, как разделить, поэтому будет два поста в разные ветки форума.

Знакомтесь, господа! Да и бог с ним, с английским... Ну нет у нас (в смысле на русском языке) достойного материала...

Wind and Solar Power Systems Design - Analysis and Operation (Second Edition)



Расширение файла: *.pdf
Размер файла: 6,38 Mb

<<<download>>>

metro

  • Гость
Добрый день!

С недавних пор меня заинтересовала тема солнечной энергии в виде солнечных батарей и коллекторов.

Несмотря на то, что это сравнительно новая отрасль энергетики (в массовых масштабах), развивается она довольно стремительно, в первую очередь в Европе.

Несмотря на многообещающие возгласы, в воздухе висят вопросы по окупаемости систем. В первую очередь наверно вопрос КПД и снижения затрат в процессе производства..

Почему КПД на столько мал? Что лежит в основе его потерь?



Оффлайн admin

  • Администратор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 7408
Почему КПД на столько мал? Что лежит в основе его потерь?
В используемых в настоящее время батареях один фотон солнечного света (при нужном попадании) выбивает один электрон, а большая часть солнечной энергии теряется, рассеиваясь в тепловое движение частиц. Поэтому КПД солнечных батарей низок, и они рентабельны лишь при покрытии очень больших площадей в местах наиболее интенсивной солнечной радиации типа пустынь.

КПД для солнечных батарей на сегодняшний день максимум ~40%

Пока писал ответ нагуглил:

Пластиковые солнечные батареи имеют КПД до 90%



В Калифорнийском технологическом институте разработаны недорогие солнечные элементы, КПД которых достигает 90%. Основанные на пластиковой подложке с вертикально расположенными штырьками из кремния они гораздо дешевле и намного эффективнее традиционных солнечных батарей.

Новые гибкие солнечные элементы на 98% состоят из недорогого пластика, а доля дорогостоящих материалов в 50 раз меньше, чем в современных батареях. К тому же КПД нынешних солнечных элементов не превышает 25%.

Разработка инженеров из Калифорнийского технологического института использует кремниевые стержни высотой 30-100 микрон, которые покрыты прозрачным пластиком. Такая структура не только увеличивает количество поглощаемого света, но и способствует концентрации светового потока. Часть света, которая не поглотилась стержнями, отражается от светлой подложки и поглощается другими стержнями, увеличивая коэффициент поглощения.

Сейчас инженеры работают над повышением напряжения и увеличением размеров солнечных элементов. В дальнейшем планируется выпускать целые рулоны таких солнечных батарей.
« Последнее редактирование: 03.11.2010, 12:49:10 от admin »

nata_kz_1991

  • Гость
Солнечная энергия. Теория
« Ответ #8 : 15.05.2011, 10:53:18 »
Подумала что это будет интересно.
Китай планирует установить к концу этого года десять фотоэлектрических станций в различных местах Тибета, в автономной области на юго-западе Китая. В своей совокупности они будут генерировать более 100 МВт электроэнергии, для частичного покрытия постоянно растущего спроса на электроэнергию в Китае. Этот проект является частью амбициозного плана Китая – увеличения выработки энергии фотоэлектрическими станциями и достижения около 5 миллионов киловатт установленных мощностей к 2015 году и 20 млн. киловатт – к 2020 году.


В настоящее время Тибет, с общим объемом инвестиций в 2 млрд. юаней (308 млн. долл. США), считается ведущей солнечной энергетической базой Китая и самой высокой площадкой в мире для размещения электростанций. По данным доклада администрации национальной энергетики (NEA), внутренний спрос солнечной энергии Китая составляет около 5 миллионов кВт в год. Планируется, что быстрое увеличение спроса будет хорошо поддерживаться фотоэлектрическими станциями на Тибете – это превратит его в ведущий центр экологически чистой энергетики. Согласно оценкам экспертов, девять мегаваттных солнечных установок, уже установленных в этом регионе, обеспечивают 13 процентов потребляемой мощности Китая.

Строительство большинства новых электростанций уже началось. В текущем месяце в 3 км к северо-западу от второго по величине города Тибета Шигацзе будет запущена 30-мегаваттная установка, генерирующая до 20230 тысяч киловатт-часов в год. Между тем в 90 км к северо-западу от столицы региона Лхасы, в местечке Янгбакин, строится 10-мегаваттная солнечная электростанция с проектной мощностью производства электроэнергии в 430 млн. кВт / ч в течение своего 25-летнего срока эксплуатации.

Тибет обладает богатыми ресурсами солнечной энергии, в среднем 3000 часов солнечного излучения в год, или примерно 6000 – 8000 МДж на квадратный метр. При этом, как отметил исследователь развития энергетики Тибета Ван Хайкан, в настоящее время солнечная энергия широко используется в тибетских семьях: 10000 кв. метров жилья нагревается от солнечной энергии и 200000 домохозяйств используют солнечную энергию для освещения.
www.cheburek.net/...bete.html

nata_kz_1991

  • Гость
Солнечная энергия. Теория
« Ответ #9 : 15.05.2011, 10:57:04 »
Новые солнечно-тепловые плоские панели: в восемь раз эффективнее, чем существующие системы.
www.cheburek.net/...temy.html