Батареи на солнечных элементах начинают набирать популярность среди населения. Их устанавливают на крыши домов, транспортных средств. Некоторые из них приспособили даже для электроники, в наручные часы. На данный момент они стали полноценной альтернативой электрической энергии либо выступают в качестве дополнения.
Как работают?
Солнечные модули являются самым главным элементом в фотоэлектрической системе. Они представляют собой панель, в которую входят солнечные элементы, изготовленные из кремния.
Для получения электричества все эти компоненты собираются в блоки, которые после этого обтягиваются ламинированной пленкой – это необходимо для герметизации. После чего все помещается в каркас. Устройство достаточно простое, но вот собрать в домашних условиях будет проблематично. Самостоятельно невозможно собрать фотоэлектрический элемент, чего нельзя сказать о панели.
Виды
Батареи на солнечных элементах делятся на несколько видов. Среди них можно выделить три:
- Монокристаллический. В процессе его изготовления используется материал в виде чистого кремния. Такая основа позволяет получать больше эффективности от работы. КПД в данном случае варьируется от 15 до 20 %.
- Аморфно-кремниевый. В момент производства используется система – испарительная фаза. Кремний при этом покрывают защитным слоем. К ряду преимуществ кремниевых солнечных элементов можно отнести приемлемую стоимость, которая получается из-за простой технологии, применяемой в производстве. Такие системы имеют большие размеры по площади. КПД изменяется в районе от 5 % до 8 %.
- Поликристаллический. Данный солнечный элемент производится на аморфно-кремниевой основе. В процессе изготовления не подвергается вытягиванию. Имеет невысокую стоимость. Может использоваться не только в быту, но и в промышленности. КПД составляет от 10 до 14 %.
Плюсы и минусы солнечной батареи
Панели солнечных элементов состоят из фотоэлементов, которые в процессе работы преобразовывают энергию от солнца в электричество.
К ряду преимуществ можно отнести следующие моменты:
- Вся конструкция батареи достаточно простая, в ней полностью отсутствуют подвижные детали. Работа осуществляется стабильно и без перебоев, уровень надежности высокий.
- Монтажные работы не вызывают сложности. Не требуется использовать дорогостоящего обслуживания системы.
- Энергия от солнца сразу же преобразуется в электричество, дополнительного времени для этого не требуется.
- Энергия вырабатывается на протяжении всего дня, пока присутствует солнце. В некоторых случаях можно получать электричество в пасмурное время, но при этом эффективность работы уменьшается.
- Срок эксплуатации большой, он измеряется не годами, а десятками лет.
- В процессе производства используются экологически чистые материалы, что считается очень важным в современном обществе, где присутствует сложная обстановка с экологией.
Несмотря на все преимущества, в работе могут встречаться и отрицательные моменты:
- Полупроводники, которые изготавливаются из кремния, имеют высокую стоимость. Данный материал считается основным элементов во всей системе. Он оказывает влияние как на стоимость самой панели, так и на стоимость получаемой энергии.
- КПД низкий. На сегодняшний день мощность от работы батареи на 1 квадрат составляет примерно 120 Ватт. Данный показатель настолько незначителен, что полностью отсутствует возможность использовать полученное электричество для осветительных приборов небольшого помещения.
- Получение электричества зависит от продолжительности светового дня, погодных условий и сезонов. Например, зимой уровень получаемой энергии значительно уменьшается. Это обусловлено пасмурным небом, туманами и коротким световым днем.
Где можно использовать?
Данные панели широко используются не только в быту, в процессе жизнедеятельности, но и в промышленности, и в производстве:
- от них заряжают аккумуляторы бытовых электрических приборов;
- осуществляется подзарядка электрического автомобиля;
- с их помощью можно обеспечить электрической энергией целые здания;
- в некоторых случаях возможно использование в отдельных населенных пунктах;
- от них можно получать энергию даже в космосе.
Вся энергия, которая вырабатывается в течение светового дня, сохраняется в батареях, после чего приборы могут работать даже в темное время суток.
Какой принцип работы и устройства?
Элементы солнечных батарей работают по тому же принципу, что и в момент первой разработки. Данный принцип знаком каждому, так как его изучали в школьной программе, проводя физические опыты. Транзистор, у которого отсутствовала верхняя крышка, способствовал попаданию света на переходы p и n.
После того, как подключался вольтметр, можно было увидеть, что в момент попадания солнечных лучей выделялось небольшое количество энергии. Раньше ученые проводили эксперименты в работе, увеличивали площадь для переходов. В результате этого появились солнечные батареи.
Конструкция солнечной системы элементов содержит в себе:
- Поверхность, изготовленную из прозрачного стекла. Именно на нее попадают лучи солнца.
- Стекла прикрепляются к жестким ребрам панели. Они представляют собой пластины, сделанные из металла, при этом одновременно выполняют функцию положительных электродов.
- Солнечный химический элемент. Тип кремния p.
- Тип кремния n.
- Нижняя подложка из металла, которая предназначена выполнять функцию отрицательных электродов.
Стоит знать, что энергию от солнца невозможно получать на протяжение всего дня. Батареи не способны функционировать в ночное время. В зимнее время световой день уменьшается. В такие моменты основному устройству требуется дополнение в виде накопителя энергии.
В большинстве случаев используют электрический аккумулятор. Он подсоединяется к панели и накапливает вырабатываемую энергию, в результате чего осуществляется работа в вечернее время.
Уровень КПД полностью зависит от используемого материала. Например, при использовании монокристаллического кремния он равен почти 20 %, поликристаллический кремний уменьшает этот показатель на 10 %. На уровень КПД может влиять гладкость поверхности, температурный режим воздуха, расположение батарей к солнцу.
В чем заключается актуальность использования?
На сегодняшний день использование экологически чистых материалов наиболее актуально. Электричество, которое получается на электростанциях – атомных, водных, тепловых, постоянно дорожает. Это обусловлено дорогим производством. В тот момент, когда используется солнечная батарея, человек по праву может считать себя независимым, даже от государства, которое предлагает электричество к использованию по завышенной стоимости.
Если один раз потратить определенную сумму средств, то можно полностью забыть о коммунальных счетах, о счетчиках, коммунальных службах. В момент, когда устанавливаются данные панели, осуществляется перевод всего дома. Сюда входит не только свет, но и отопление, водопровод – горячая вода.
Излучение солнечных лучей – это отличный источник для получения электричества. А самое главное – этот источник является бесплатным, экологически чистым и неиссякаемым.
Этапы производства элементов на основе монокристалла
Большая часть солнечных элементов производится с использованием поликристаллического и монокристаллического кремния. Процесс производства требует много времени, сил и средств.
К основным этапам производства на основе монокристаллического кремния относится:
- Производство кремния. Для того чтобы получить кремний, используют кварцевый песок, который содержит большое количество кремниевого диоксида. Такой песок проходит несколько ступеней очистки, что позволяет полностью исключить кислород. Это происходит благодаря плавлению при высокой температуре с использованием химических веществ.
- Получение кристалла. После очистки кремний становится прозрачным. Кристаллы начинают выращивать для упорядочивания структуры. Процесс выглядит следующим образом: кремниевые куски помещают в тигель, раскаляют и подвергают плавлению. В расплавленную массу добавляют кристальные образцы, которые равномерно распределяются по всей поверхности и начинают нарастать слоями. Данный процесс требует много времени, в результате чего получается однородный кристалл большого размера.
- Процесс обработки. Этот процесс начинается с измерения и дальнейшей обработки кристалла для придания требуемой формы. При выходе из тигля кристалл имеет круглую форму, которая неудобна для дальнейшего использования. Для использования он должен иметь форму квадрата. После того, как готовый материал обработали стальными нитями, с помощью проволоки его режут на одинаковые пластины. Размер пластин варьируется от 0,25 до 0,3 сантиметров. После этого они подлежат очистке, проверке на брак и уровень энергии, которая может вырабатываться.
- Разработка фотоэлектрического элемента. Для того чтобы кремний имел возможность вырабатывать электрическую энергию, в него добавляют бор с фосфором. После обработки фосфор - свободный электрон типа n, а сторона с бором не содержит эти электроны и имеет тип p. Таким образом, между двумя сторонами появляется переход.
- Процесс сборки. Изначально пластинки соединяются в цепь, а после - в блок. Одна пластина в среднем имеет мощность в 2 V и 0,6 W напряжения. Мощность батареи полностью зависит от количества ячеек. Уровень напряжения получают от последовательности подключений. Все элементы и модули подключаются параллельно друг к другу. Все ячейки покрываются специальной пленкой, переносятся на поверхность стекла и помещаются в рамку с прямоугольной формой. После того, как модуль готов, он проходит проверку. После полной проверки он готов к использованию.
Солнечные батареи могут соединяться между собой параллельно, последовательно либо параллельно последовательно. Выбор полностью зависит от того, какой уровень напряжения необходимо получить в процессе работы.
Процесс производства поликристаллического кремния
Процесс производства модуля на основе поликристаллического кремния осуществляется таким же способом, что и при монокристаллическом кремнии. Отличие присутствует только в выращивании кристаллов. Для этого предусмотрено несколько методов, но на данный момент популярность приобрел лишь один – Сименс-процесс. Вся суть способа заключается в том, что изначально восстанавливают силан и осаждают свободный кремний. Это осуществляется при взаимодействии со специальной смесью, которая содержит в составе элементы водорода и силана с использованием температурного режима, колеблющегося от 600 до 1350 градусов тепла.
Именно таким образом происходит процесс производства солнечных батарей.
Как изготовить солнечную батарею в домашних условиях?
Многие склонны предполагать, что батареи с солнечными элементами своими руками собираются достаточно сложно, даже практически невозможно. На деле все обстоит иначе. Приложить усилий понадобится много, но сам процесс не трудный, как кажется первоначально. Основная трудность, с которой можно столкнуться в процессе работы – это сбор солнечного элемента своими руками. Если удастся создать подобный механизм самостоятельно, то можно будет задуматься не только об отказе от уплаты за коммунальные услуги, но и за реализацию собственного бизнеса. На данный момент солнечные батареи очень актуальны для продажи энергии, воспроизводимой ими. Самое главное – оплата производится в одной из наиболее стабильных валют – евро. Неужели производство солнечных элементов не стоит внимания?
Для того чтобы работать с фотоячейками, требуется иметь навыки и опыт в данной сфере. Первым делом это касается пайки, а также бережного отношения ко всем элементам. Для работы нужно иметь хороший паяльный инструмент, который подходит для тонких работ. Создать самостоятельно моно- и поликристаллы не выйдет. Для этого можно использовать готовые заготовки.
Фотоячейки
Первым этапом в работе является выбор необходимых фотоячеек. Для работы батареи можно использовать кремний с поли- и моноячейками. Самое главное – учесть уровень производительности и нюанс при работе. Например, в моноячейках КПД выше, а вот в полиячейках теряется значительная энергия в пасмурное время.
Все ячейки разделаются на классы. Всего их выделяют четыре. Класс А имеет самое лучше качество с отсутствием дефектов. Такой класс используют в работе солидные и крупные организации, компании. Характеристики при работе высокие, но и стоимость будет соответствующей.
Когда производство батареи осуществляется самостоятельно, то можно выбрать класс В. Эффективность ниже, чем у предыдущих элементов, при этом, стоимость значительно отличается. Некоторые организации используют данный класс при изготовлении батарей на реализацию, что объясняет низкую эффективность работы.
Некоторые люди покупают все необходимое через интернет магазины. Если обратиться в специализированный магазин, то можно купить сразу все составляющие. Тогда не придется ждать доставки.
Наборы
Для сбора солнечного элемента будет недостаточно только ячеек, так как они должны каким-то образом соединяться друг с другом по схеме. Для этого понадобится использование проводников и дополнительных материалов. Именно поэтому некоторые производители предлагают к покупке готовый набор, где уже присутствует весь материал, который понадобится при работе.
В такой набор может входить до 72 элементов, проводники, шины, диоды для схемы, а также карандаш, в состав которого входит специальная кислота для спайки.
Некоторые наборы могут содержать готовые фотоячейки, к которым припаяны проводники. Для сбора достаточно будет только собрать все согласно схеме и соединить. Этот вариант самый оптимальный, когда солнечные элементы для сборки солнечных батарей соединяются вручную. Материал очень маленький и хрупкий, что вызывает ряд проблем в процессе работы.
Пайка
В том случае, если весь материал – элементы и проводники - приобретались по отдельности, то весь процесс пайки солнечных элементов будет выглядеть по следующей схеме:
- Проводники разрезаются на нужную длину. Лучше всего эту работу делать по шаблону.
- Проводники аккуратно накладываются на фотоэлемент.
- На место припаивания наносят кислоту и припой. Для избежания смещения можно на один конец положить тяжелый предмет.
- Проводник требуется пропаять тщательно. Так как ячейки достаточно хрупкие, то не рекомендуется на них воздействовать силой.
Такая работа очень кропотливая, не факт, что получится все сделать правильно с первого раза, может понадобиться повторить весь процесс несколько раз. Если изучить нормы, то можно понять, что напыление проводников из серебра рассчитано на три цикла пайки. Бывают случаи, когда на проводниках заранее нанесен припой, о чем производитель предупреждает сразу. Но лучше всего нанести его дополнительно. В процессе работы запрещено ставить солнечные элементы питания друг на друга, так как можно повредить их из-за большого давления.
Герметизация
Заключительным этапом работы является герметизация всех элементов. Но перед тем как к этому приступить нужно обратить внимание на надежность спайки. Для этого используется мультиметр. Проверку проводить можно после окончания всех работ либо в течение всего процесса, после припаивания каждого отдельного элемента.
Для процесса герметизации зачастую используется силиконовый герметик. Первым делом он наносится на стыки элементов, а после этого на всю панельную поверхность. Для такой работы можно использовать кисть, но применять ее нужно только для стыков, так как возможно легко сдвинуть ячейки с места. После того, как все высохло, можно закрывать крышку.
Выбор батареи в дом
На данный момент можно встретить батареи с двумя типами солнечных элементов: монокристаллические, поликристаллические.
Каждый тип имеет плюсы и минусы в работе, о которых нужно знать заранее, до момента совершении покупки.
Возможности рынка и производства не стоят на месте, регулярно появляются новинки, в процессе изготовления которых используются различные технологии. Перед тем как сделать выбор, рекомендуется обратить внимание на характеристики солнечных элементов: на уровень КПД, на наличие аккумулятора, который способен накапливать энергию в течение светового дня и вырабатывать ее в темное время суток. Все эти данные заранее предоставляет производитель, с ними можно ознакомиться в специализированном магазине. Лучше всего предварительно найти в Интернете информацию или же обсудить со специалистами, какой вариант будет наилучшим.
