Альтернативные источники энергии

Телефон

8 (4162) 42-20-22, 8 (914) 042-60-92
Главная / Статьи / Описание: Фотоэлектрические элементы
Оглавление

Описание: Фотоэлектрические элементы

Фотоэлектрические элементы – приборы для прямого преобразования солнечной или световой энергии в электрическую, которые называются фотоэлементами (photovoltaics по-английски, образовано от греческого слова photos – свет и названия единицы измерения электродвижущей силы - вольт). Солнечный свет превращается в электричество в сделанных из полупроводникового материала, чаще всего из кремния, фотоэлементах, которые вырабатывают электрический ток под воздействием солнечного света. Крупные фотоэлектрические станции можно создавать, соединяя фотоэлементы в модули, а модули – друг с другом. В настоящее время крупнейшей из таких станций является пятимегаватная установка Карриса Плейн в штате Калифорния, США. Сейчас КПД фотоэлектрических установок приблизительно равен 10%, однако эффективность отдельных фотоэлементов может достигать 20% и более.

Производительность фотоэлектрических элементов в выработке электричества определяется уровнем солнечной радиации. Фотоэлементы соединяют в модули, которые образуют главный компонент фотоэлектрических систем и могут быть рассчитаны на различное напряжение вплоть до нескольких сотен вольт. Это достигается путем объединения в серии фотоэлементов и модулей. Питание электроприборов переменного тока требует использования инверторов.

Коэффициент полезного действия (КПД) фотоэлементов высчитывается как процентное соотношение между электроэнергией, полученной фотоэлементом, и электроэнергией, полученной потребителем. Различают теоретическую, лабораторную и практическую эффективность. Важно знать различия между ними, а для использующих фотоэлементы, безусловно, значение имеет только практический КПД.

Практический КПД массово производимых фотоэлементов

- аморфный кремний – 8 - 9%;

- поликристаллический кремний – 14 - 15%;

- монокристаллический кремний – 16 - 17%.

Различают следующие фотоэлектрические системы:

1. Автономные системы, состоящие исключительно из фотоэлектрических панелей. В них также могут входить аккумуляторы и регуляторы.

2. Гибридные системы, которые являются комбинацией фотоэлементов и дополнительных средств для выработки электрической энергии, например, ветер, природный газ или дизельное топливо. В подобных системах часто применяются регуляторы и аккумуляторы меньшего размера.

3. Системы, объединенные с электросетью, являются фактически небольшими электростанциями, поставляющими электроэнергию в общую энергетическую сеть.

Схемы работы солнечной батареи

Приведем лишь некоторые примеры того, как работают с потребителем солнечные батареи. Каждый отдельный случай требует индивидуального проекта, способного решить стоящую перед нами задачу.

Автономное (с аккумуляторами) обеспечение объекта.Питание объекта производится исключительно от солнечной батареи

Коммутация с сетью солнечной батареи (с аккумуляторами). АВР дает возможность переключать питание объекта в отсутствие света солнца и при полном разряде аккумуляторов на электросеть. Подобная схема может быть задействована и в обратном порядке – солнечная батарея выступает в качестве резервного источника питания, т.е. АВР переключается на аккумуляторы фотоэлектрической станции в случае потери питания от электросети.

Советы проектировщику

Проектирование фотоэлектрической установки требует учесть целый ряд разнообразных факторов для того, чтобы получить оптимальные решения. В первую очередь, нужно выяснить, сколько энергии должна вырабатывать установка. Затем в ампер-часах высчитывается общее суточное потребление. Общий объем аккумулирования энергии выводится из общего недельного и суточного потребления. Необходимо учитывать количество пасмурных дней, в течение которых должна функционировать установка. Наконец, следует оценить, сколько фотоэлектрических модулей необходимо, чтобы вырабатывать достаточное количество энергии. Удачным сочетанием являются небольшой ветрогенератор и фотоэлементы. Выработанная энергия может накапливаться в никель-кадмиевом или свинцовом аккумуляторе.

Оценка ресурса

В течение дня доступная солнечная энергия изменяется в зависимости от относительного движения солнца и наличия или отсутствия облачности. При ясной погоде в полдень создаваемая солнцем энергетическая освещенность может составлять 1000 Вт/м2, а в условиях плотной облачности она даже в полдень может снизиться до 100 Вт/м2 и ниже. Снижаясь по мере удаления от направления на юг, количество солнечной энергии также изменяется вместе с углом наклона установки и ориентации поверхности.

Фотоэлементы промышленного производства в продаже обладают определенной номинальной мощностью, которая выражается в ваттах пиковой мощности (Втп). Это показатель максимума их мощности при стандартных условиях испытаний – солнечная радиация приближена к своему максимальному значению в 1000 Вт/м2, температура поверхностей фотоэлементов составляет 25 градусов Цельсия. Однако на практике в таких условиях фотоэлементам приходится работать редко. Примерная мощность (P) фотоэлектрической системы оценивается по следующей формуле:

P(кВт0x2022ч/день) =Pp(кВт) * I(кВт0x2022ч/м2 в день) * PR

где:

I - экспозиция солнечного излучения на поверхности в кВт0x2022ч/м2 в день;

Pp - номинальная мощность в кВт, которая эквивалентна КПД, умноженному на площадь в м2;

PR - коэффициент производительности системы.

Использование фотоэлементов

Солнечные фотоэлементы в ряде применений представляют собой вполне реальную технически и экономически выгодную альтернативу ископаемому топливу. Солнечный элемент способен превращать солнечное излучение в электрическую энергию напрямую без использования каких-либо движущихся механизмов. По этой причине срок службы солнечных генераторов достаточно продолжителен. Фотоэлектрические системы прекрасно зарекомендовали себя еще в самом начале промышленного использования фотоэлементов. Например, фотоэлементы являются главным источником питания для спутников на орбите Земли с 1960-ч годов. С 1970-х фотоэлементы используются в автономных энергоустановках. В 1980-х годах в массовом производстве потребительских товаров фотоэлементы встраивались во многие устройства: от калькуляторов и часов до музыкальной аппаратуры. Наконец, в 1990-х предприятия энергоснабжения стали использовать фотоэлементы для удовлетворения мелких нужд потребителей.

2010-05-20
Все статьи