Строение солнечной батареи: Как работают солнечные батареи — Naked Science

Содержание

Принцип работы солнечной батареи — как работает солнечная панель?

Если раньше люди были зависимы от централизованного энергоснабжения, то сейчас у всех есть хорошая альтернатива – солнечные батареи. Такое оборудование идеально для установки в частных домах, дачах, на промышленных объектах. Электростанции стали доступнее по цене и разнообразнее по видам и мощности. В этой публикации мы детальнее рассмотрим принцип работы солнечной батареи, ее виды и преимущества использования в быту и на производстве.

Человечество уже давно задумывалось об использовании неиссякаемой энергии солнца. Первые попытки предпринимались еще в двадцатом веке. Тогда была разработана концепция термальной электростанции. Однако на практике она показывала очень низкую эффективность, ведь концепция подразумевала трансформацию энергии солнца. Проанализировав первую неудачу, ученые пришли к выводу, что необходимо использовать солнечные лучи напрямую. Такой принцип был открыт в 1839 году. Его основал Александр Беккерель. Однако до появления первых полупроводников прошло немало лет. Они были изобретены лишь в 1873 году. Этот год можно назвать началом работы над современными прототипами электростанций.

Если говорить о том, из чего состоит солнечная батарея, то изначально стоит упомянуть фотоэлементы. Их можно назвать маленькими генераторами. Именно они выполняют основную функцию – собирают энергию солнца. Сегодня есть несколько видов солнечных панелей, о которых будет рассказано в следующем разделе. Однако, независимо от вида, современная панель представляет собой основу определенного размера, на которой размещаются вышеупомянутые фотоэлементы. Эти элементы очень хрупкие, поэтому они дополнительно защищаются стеклом и полимерной подложкой.

Однако солнечные панели – это лишь часть всей электростанции. Также в нее входят другие элементы:

Аккумуляторная батарея.
Контролер заряда.
Инвертор.
Стабилизатор.

Каждый из перечисленных устройств выполняет свою функцию.

Аккумулятор – накапливает и хранит добытую энергию, контролер – контролирует мощность, подключает и отключает батарею, анализируя уровень заряда. Инвертор называют еще преобразователем. Это оборудование превращает прямой ток в переменный. Благодаря ему электричество можно использовать для бытовых целей. Последней составляющей электростанции является стабилизатор. Он защищает всю систему от скачков напряжения.

Какие виды солнечных батарей существуют?

Есть несколько классификационных признаков, по которым все солнечные панели делятся на разные виды:

Тип устройств.
Материал изготовления фотоэлектрического слоя.

По типу устройства выделяют два вида: гибкие и жесткие. Первый тип отличается своей пластичностью. Такую панель можно легко скрутить в трубочку, ничего не повредив. Твердая панель не меняет своей формы. По материалу изготовления есть три вида: аморфные, поликристаллические, монокристаллические.

Аморфные батареи могут быть гибкими. Они непривередливы к месту установки, но КПД такого устройства очень низкий. Он составляет не более шести процентов. Поликристаллические изделия отличаются низкой ценой. Однако они более эффективны в пасмурную погоду. В очень жаркую погоду их выработка снижается чуть больше чем у монокристаллических модулей.

Если необходим максимальный эффект от электростанции, то следует отдавать предпочтение панелям с монокристаллическими элементами. Уровень их КПД достигает двадцати пяти процентов. Монокристаллические панели являются более дорогими, так как монокристаллический кремний при производстве требует больших энерго и временных затрат.

Сфера применения солнечных батарей

С разработкой новых технологий и развитием концепции питания от солнечной энергии сфера применения панелей стала довольно широкой. Раньше такие устройства обычно устанавливались на небольших частных домах или дачах. Они применялись исключительно в бытовых нуждах, так как потребляемая мощность была минимальная. Сейчас же есть мощнейшие электростанции, показывающие высокую эффективность работы. По этой причине сфера применения панелей стала больше.

Интересный факт! Энергии, которую выделает Солнце за одну секунду, может хватить для обеспечения электричеством всего человечества на пятьсот тысяч лет.

Солнечные батареи стали активно применяться на промышленных и коммерческих объектах, позволяя значительно экономить на их энергоснабжении. Также панели устанавливают на сельскохозяйственных предприятиях, на фермах, военно-космических объектах. Менее мощные панели применяются для изготовления различных приспособлений для быта: фонариков, калькуляторов, зарядных устройств, др. Они служат источником энергии там, где нет возможности подключиться к центральной сети. Такие приспособления пользуются большим спросом у охотников, рыбаков, любителей походов.

Важно! Солнечные электростанции современного образца будут эффективны везде: как в доме, так и на большом промышленном объекте. Однако для этого они должны быть правильно подобраны по необходимой мощности. Расчет данного параметра должен осуществляться специалистом.

Как работает солнечная панель: принцип работы устройства простым языком

Если предстоит покупка солнечных батарей, то нужно обязательно ознакомиться не только с их устройством, но и с принципом работы. Итак, как работает солнечная панель? Несмотря на внешнюю простоту устройства, принцип работы такой электростанции довольно сложный. Он основан на фотоэлектрическом эффекте, который достигается при помощи фотоэлементов.

Солнечные панели собирают лучи. Они попадают на фотоэлектрический слой. Солнечный свет приводит к высвобождению электронов из двух слоев. На освободившиеся место из первого слоя встают электроны второго слоя. Происходит постоянное движение электронов, что приводит к естественному образованию напряжения на внешней цепи. В результате один из фотоэлектрических слоев приобретает отрицательный заряд, а второй – положительный.

Эти действия приводят в работу аккумулятор. Он начинает набирать и хранить заряд. При этом уровень заряда аккумулятора постоянно контролируется. Если он низкий, контролер включает в работу солнечную панель. В случае высокого заряда это же устройство панель отключает. Далее включается в работу инвертор. Он преобразовывает ток из постоянного в переменный. С его помощи на выходе электростанции появляется напряжение в 220 В. Это дает возможность подключать и питать от электростанции бытовые приборы.

Подключение солнечной панели

Эффективность и правильность работы солнечных батарей зависит не только от их вида, мощности, но и от установки и подключения. Должна быть разработана правильная схема подключения всех элементов электростанции и грамотно выбрано место для установки солнечных панелей. Такую работу можно доверять только профессионалам.

Не секрет, что выходное напряжение одной панели относительно невысокое. Обычно используются несколько батарей одновременно. Все панели должны подключаться параллельно-последовательным способом. Такой тип подключения позволяет обеспечивать максимальную эффективность работы оборудования.

Преимущества, недостатки панелей

Солнечные батареи стали дешевле, что сделало их доступнее для более широкого круга потребителей. Однако перед покупкой каждый человек должен детально ознакомиться с преимуществами и недостатками этого источниками энергоснабжения. Среди его неоспоримых достоинств стоит отметить следующие:

экологическая безопасность. В наше время экология – это одна из насущных проблем. Солнечные электростанции работают без вреда окружающей среде. Они не выделяют при работе вредных веществ;
быстрая окупаемость. Стоимость электричества, как для бытовых пользователей, так и для предприятий, постоянно растет. С установкой панелей удается полностью или частично перейти на альтернативный источник энергии, являющийся абсолютно бесплатным и доступным каждому. Благодаря этому, покупка и установка оборудования окупается за считанные годы работы;
легкость использования электростанции. Несмотря на сложное устройство и принцип работы, эксплуатировать станцию довольно просто. Главное – следить за исправностью ее составляющих и не экономить на обслуживании, которое требуется не так часто;
быстрая установка. Профессионалы монтируют все элементы станции буквально за несколько часов или дней (в зависимости от количества панелей, мощности, др.). Больше времени занимает подбор составляющих и покупка оборудования.

Недостатки у таких установок тоже имеются. Самый основной заключается в дороговизне оборудования. Однако не стоит забывать, что большой вклад при покупке быстро окупится многолетним бесплатным использованием энергии солнца. Вторым серьёзным недостатком солнечных панелей является их зависимость от внешних факторов. Эффективность их работы зависит от погоды, температурных условий, положения по отношению к Солнцу, от чистоты поверхности.

Как достичь максимальной эффективности работы батарей?

Солнечную электростанцию имеет смысл ставить только в регионах с длительным световым днем. Там, где день короткий, можно применять панели только в качестве дополнительного источника света, но не основного. Как уже было замечено, разные виды солнечных батарей имеют свой КПД. Чтобы добиться максимального эффекта, следует выбирать устройства с максимальной производительностью, несмотря на их дороговизну.

Большую роль будет играть правильность расчета мощности всей установки. Это позволит подобрать необходимый размер и количество панелей, мощность других комплектующих станции. Также залогом эффективной работы панелей является мощный аккумулятор. В системе должно быть два аккумулятора, особенно в зимнее время года. Второй аккумулятор позволит накапливать достаточно энергии для обеспечения электричеством объекта в короткие световые дни.

Нельзя забывать и о других факторах, которые влияют на работу станции. Панели должны быть расположены под правильным углом, их нужно обязательно держать в чистоте. В противном случае, КПД батарей будет значительно снижаться.

Устройство солнечной батареи. Теория

Состав и устройство солнечной батареи, ее элементов определяют эффективность выработки энергии готовым изделием. В настоящее время, для генерации электрической энергии используются солнечные панели на основе кремния (с-Si, mc-Si & кремниевые тонкопленочные батареи), теллурида кадмия CdTe, соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2, а также концентраторные батареи на основе арсенида галлия (GaAs). Ниже будут даны краткие описания каждой из них.

Солнечные батареи основе кремния

Солнечные батареи (СБ) на основе кремния составляют на сегодняшний день порядка 85% всех выпускаемых солнечных панелей. Исторически это обусловлено тем, что при производстве СБ на основе кремния использовался обширный технологический задел и инфраструктура микроэлектронной промышленности, основной «рабочей лошадкой» которой также является кремний. В результате, многие ключевые технологии микроэлектронной промышленности такие как выращивания кремния, нанесения покрытий, легирования, удалось адаптировать для производства кремниевых батарей с минимальными изменениями и инвестициями. Кроме того, кремний – один из самых распространенных элементов земной коры и составляет по разным данным 27-29% по массе. Таким образом, нет никаких физических ограничений для производства значительной доли электроэнергии Земли с имеющимися запасами Si.

Различают два основных типа кремниевых СБ – на основе монокристаллического кремния (crystalline-Si, c-Si) и на основе мультикристаллического (multicrystalline-Si, mc-Si) или поликристаллического. В первом случае используется высококачественный (и, соответственно, более дорогой) кремний выращенный по методу Чохральского, который является стандартным методом для получения кремниевых пластин-заготовок для производства микропроцессоров и микросхем. Эффективность СБ изготовленных из монокристаллического кремния составляет обычно 19-22%. Не так давно, фирма Panasonic заявила о начале промышленного выпуска СБ с эффективностью 24,5% (что вплотную приближается к максимально возможному теоретически значению ~30%).

Во втором случае для производства СБ используется более дешевый кремний произведенный по методу направленной кристаллизации в тигле (block-cast), специально разработанного для производства СБ. Получаемые в результате кремниевые пластины состоят из множества мелких разнонаправленных кристаллитов (типичные размеры 1-10мм) разделенных границами зерен. Подобные неидеальности кристаллической структуры (дефекты) приводят к снижению эффективности – типичные значения эффективности СБ из mc-Si составляют 14-18%. Снижение эффективности данных СБ компенсируется их меньшей ценой, так что цена за один ватт произведенной электроэнергии оказывается примерно одинаковой для солнечных панелей как на основе c-Siтак и mc-Si.

Тонкопленочные солнечные панели

Возникает вопрос – зачем разрабатывать другие типы модулей, если солнечные панели на основе моно- и мультикристаллического кремния уже созданы и показывают неплохие результаты? Очевидный ответ — чтобы добиться еще большего снижения стоимости и улучшения технологичности и эффективности, по сравнению с обычными c-Si и mc-Siсолнечными батареями.

Дело в том, что обычные кремниевые фотоэлектрические модули наряду с преимуществами, перечисленными выше, обладают и рядом недостатков. Кемний из-за своих особых электрофизических свойств (непрямозонный полупроводник) обладает довольно низким коэффициентом поглощения, особенно в области инфракрасных длин волн. Таким образом, толщина кремниевой пластины для эффективного поглощения солнечного излучения должна составлять довольно внушительные 100-300 мкм. Более толстые пластины означают больший расход материала, что ведет к удорожанию СБ.

В то же время, прямозонные полупроводники на вроде GaAs, CdTe, Cu(InGa)Se2, и даже некоторые модифицированные формы Si, способны поглощать требуемое количество солнечной энергии при толщине всего в несколько микрон. Открывается заманчивая перспектива сэкономить на расходных материалах, а также на электроэнергии, которой требуется значительно меньше для изготовления более тонкого слоя полупроводника. Еще одной положительной чертой СБ на основе вышеназванных полупроводников – в отличие от СБ на основе c-Si и mc-Si– является их способность не снижать эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую даже в условиях рассеянного излучения (облачный день или в тени).

Исследования СБ на основе теллурида кадмия (CdTe) начались еще в 1970х годах ввиду их потенциального использования в качестве перспективных для космических аппаратов. А первое широкое применение «на земле» подобные СБ нашли в качестве элементов питания карманных микрокалькуляторов.

Данные элементы представляют собой гетероструктуру из тонких слоев p-CdTe / n-CdS (суммарная толщина 2-8 мкм) напыленных на стеклянную подложку (основу). Эффективность современных фотоэлектрических элементов данного типа равняется 15-17%. Основным (и фактически единственным) производителем СБ на основе теллурида кадмия является американская фирма FirstSolar, которая занимает 4-5% всего рынка.

К сожалению, есть проблемы с обоими элементами входящими в состав соединения CdTe. Кадмий – это экологически вредный тяжелый метал, который требует особых методов обращения и ставит сложный вопросутилизации старых изделий. В виду этого, законодательство многих стран ограничивает свободную продажу гражданам СБ этого типа (строятся только масштабных солнечных электростанций под гарантии утилизации от фирмы производителя). Второй элемент – теллур, довольно редко встречается в земной коре. Уже в настоящее время более половины всего добываемого теллура идет на изготовление солнечных панелей, а перспективы нарастить добычу – довольно призрачны.

Солнечные батареи на основе соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2 (иногда обозначаются как CIGS) являются новичками на рынке солнечной энергетики. Несмотря на то, что начало исследований элементов этого типа было положено еще в середине 70х, в настоящее время коммерческий выпуск в боле-менее солидных масштабах ведет всего лишь фирма SolarFrontierKKиз Японии. Отчасти это связано с технически сложным и дорогим процессом изготовления, хотя в некоторых (удачных!) случаях их эффективность может достигать 20%.

Несмотря на отсутствие экологически вредных элементов в составе этого соединения, значительному расширению производства данных солнечных модулей в будущем угрожает дефицит индия. Ведутся исследования с целью заменить дорогой In на более дешевые элементы и может быть скоро появятся новые изделия на основе соединения Cu2ZnSn(S,Se)4.

Фотоэлектрические модули на основе аморфного кремния a-Si:H. Тонкопленочные солнечные батареи могут быть построены также и на основе хорошо известного кремния, если удастся каким-либо образом улучшить его способности к поглощению солнечного света. Применяются две основные методики:

— увеличить путь прохождения фотонов посредством многократного внутреннего переотражения;

— использовать аморфный кремний (a-Si), обладающий гораздо большим коэффициентом поглощения чем обычный кристаллический кремний (с-Si).

По первому пути пошла австралийская фирма CSGSolarLtd, разработавшая СБ с эффективностью 10-13% при толщине слоя кремния всего 1,5 мкм. По второму – швейцарская OerlikonSolar (которую сейчас перекупили японцы), создавшая комбинированные солнечные панели на основе слоев аморфного и кристаллического кремния a-Si / с-Si эффективность которых также составляет 11-13%. Своеобразной особенностью СБ из аморфного кремния является снижение эффективности их работы при понижении температуры окружающего воздуха (у всех остальных — наоборот). Так, фирма производитель рекомендует устанавливать данные модули в странах с жарким климатом.

Концентраторные солнечные модули

Наиболее совершенные и самые дорогие на сегодняшний день солнечные модули обладают эффективностью фотоэлектрического преобразования до 44%. Они представляют собой многослойные структуры из разных полупроводников последовательно выращенных друг на друге слой за слоем. Наиболее успешной является структура состоящая из трех слоев: Ge (нижний полупроводник и подложка), GaAsи GaInP. Благодаря тому, что в подобной комбинации каждый отдельный полупроводниковый слой поглощает наиболее эффективно свой определенный диапазон солнечного спектра (определяемый шириной запрещенной зоны полупроводника), достигается наиболее полное поглощение солнечного света во всем диапазоне длин волн, недостижимое для СБ состоящих из одного типа полупроводника. К сожалению, процесс изготовления подобных многослойных полупроводниковых слоев очень сложен технически и, как следствие, весьма дорог.

Если солнечные батареи стоят очень дорого, фокусировка солнечного излучения на меньшей площади СБ может применяться как эффективный способ снижения финансовых затрат. Например, собрав при помощи линзы солнечный свет с 10 см2 и сфокусировав его на 1 см2 солнечной батареи, можно получить тоже количество электроэнергии, что и от элемента площадью 10 см2 без концентратора, но экономя при этом целых 90% площади! Но при этом, набор подобных ячеек (солнечная батарея + линза) должен быть смонтирован на подвижной механической системе, которая будет ориентировать оптику в направлении солнца в то время как оно движется по небу в течении дня, что увеличивает стоимость системы.

В настоящее время экономически оправдано использовать подобные дорогие концентраторные солнечные модули только в тех странах и регионах земного шара, где круглый год имеется в достатке прямое солнечное излучение (рассеянное излучение не может быть сфокусировано линзой). Так, французская фирма-производитель концентраторных СБ SOITEC устанавливает свои СБ в Калифорнии, ЮАР, на юге Франции (Прованс), в Испании.

Органические солнечные батареи и модули фотосенсибилизованные красителем

Но есть и новый тип тонкопленочных солнечных батарей, такой как сенсибилизированные красителем солнечные элементы, которые работают на совершенно ином принципе, чем все модули рассмотренные выше, на принципе больше напоминающем фотосинтез у растений. Но их пока нет в коммерческой продаже.

Трушин М.В. Ph.D

Понимание химического состава солнечных батарей (сравнение)

Солнечные батареи помогают хранить избыточную энергию, вырабатываемую вашей солнечной энергосистемой, которая не сразу используется для питания вашего дома. Они также могут взаимодействовать с электросетью для зарядки при необходимости или добавления энергии обратно в сеть, когда это выгодно с финансовой точки зрения.

Но как на самом деле работают солнечные батареи? Имеет ли значение химический состав батареи, когда речь идет об особенностях и преимуществах основных типов солнечных батарей?

В этой статье будет представлено сравнение химического состава каждого из ведущих вариантов хранения солнечных батарей, а также рассмотрены плюсы и минусы с точки зрения емкости, срока службы и стоимости.

Что такое химия аккумуляторов?

Химия аккумуляторов — это смесь химических веществ, которая позволяет вступать в реакцию внутри элементов аккумулятора, превращая электрическую энергию в химическую, а химическую энергию в электрическую. Различные типы батарей основаны на различном составе химических веществ внутри ячеек, что определяет их уровень мощности и емкость резервного питания при хранении электроэнергии.

Какие типы батарей используются для хранения солнечной энергии?

Аккумуляторы можно разряжать и перезаряжать в течение ожидаемого срока службы до того, как химическая реакция станет инертной из-за использования. Батареи, используемые в банке солнечных батарей, представляют собой отраслевую подгруппу этих батарей, предназначенную для сверхдлительного срока службы и регулярного использования.

Солнечные батареи для энергетических систем достаточно велики, чтобы принимать напряжение от солнечных панелей и хранить достаточно энергии для разрядки соответствующего количества энергии, необходимого вашему дому. Таким образом, сравнение химического состава батарей обычно сводится к анализу компромисса между емкостью и долговечностью.

Самая большая разница между традиционной одноразовой батареей и перезаряжаемой батареей заключается в способности последней поглощать поступающую энергию и сохранять ее внутри клеток, не вызывая ухудшения химического состава клеток. Аккумуляторы состоят из химических веществ, которые могут изменять свой заряд, чтобы сохранить энергию, а не изнашиваться со временем.

Попытка зарядить аккумулятор, не предназначенный для повторного введения заряда в элементы, например, бытовые одноразовые принадлежности (AA, AAA, C, D, 9V и др.) может привести к перегреву и повреждению из-за реакций в клетках.

Пять основных типов солнечных батарей используются для хранения энергии:

Литий-ионные
Свинцово-кислотные
Литий-железо-фосфатные (LFP)
Никель-кадмиевые
Другие популярные 9 0025 Проточные батареи варианты хранения солнечной энергии включают гибрид никель-металл и никель-цинк, но они имеют меньшую емкость и меньшую долговечность по сравнению с другими вариантами.
Химия литий-ионных аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы являются одним из самых доступных вариантов технологии перезаряжаемых аккумуляторов. Универсальность и возможность адаптации размера этой батареи делают ее лидером в категории легких перезаряжаемых батарей, поэтому вы найдете ее в электромобилях, мобильных телефонах и ноутбуках.
Эти элементы солнечной батареи содержат интеркалятное соединение лития и электролиты. Ионы лития перемещаются через электролиты к положительной клемме, где они разряжаются и меняют направление для зарядки аккумулятора. Заряд «качается» в растворе электролита вперед и назад, создавая положительный заряд для разрядки и отрицательный заряд для получения энергии для хранения.
Преимущества использования литий-ионной технологии для солнечных батарей
Вам следует рассмотреть возможность использования литий-ионных батарей для домашнего хранения солнечной энергии по нескольким причинам:
- Высокая плотность энергии (удерживает больше энергии, чем другие перезаряжаемые батареи)
- Меньше требований к обслуживанию
- Более высокая эффективность
- Более длительный срок службы
- Более высокое отношение энергии к весу
- Минимальные потери заряда, когда он не используется
Минусы использования литий-ионной технологии для солнечных батарей
Литий-ионные аккумуляторы имеют несколько заметных проблем:
- Повышенный риск перегрева и пожара
- Низкая отказоустойчивость
- Повышенный риск для здоровья и окружающей среды
Если литиевый компонент протекает, он токсичен для окружающей среды, людей , и животных, так как может вызвать ожоги, аллергические реакции и отравления. Правильное размещение места для хранения аккумуляторов необходимо для снижения этих рисков.
Химия свинцово-кислотных аккумуляторов
Свинцово-кислотные аккумуляторы состоят из элементов с пористым свинцом в растворе серной кислоты и воды. Энергия создается и разряжается путем преобразования свинца в кристаллы сульфата свинца, а затем обратно в свинец и серную кислоту, когда к клеммам подключается устройство.
Плюсы использования свинцово-кислотной технологии для солнечных батарей
Свинцово-кислотные батареи десятилетиями приводили в действие транспортные средства и оборудование. Они тяжелые, но служат годами при надлежащем обслуживании и зарядке, предлагая недорогую и долговечную альтернативу более продвинутым вариантам хранения. Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют много преимуществ:
- КПД 85 % (по сравнению со средним значением 70 % для других типов перезаряжаемых аккумуляторов)
- Возможность глубокого цикла (способность часто разряжать большую часть заряда, например, при запуске автомобиля )
- Длительный срок службы (от 3 до 12 лет, в зависимости от технического обслуживания и использования)
Минусы использования свинцово-кислотной технологии для солнечных батарей
Поскольку свинцово-кислотная батарея является одной из наиболее распространенных батарей используется в автомобилях, мы знаем о многих его недостатках, в том числе:
- Потеря электролита и воды из-за процесса выделения газа
- Движение может повредить электроды, прикрепленные к клеммам с мягким проводом
- Утечка серы наносит вред окружающей среде, людям и животным
- Уменьшение зарядной способности при отрицательных температурах
Вы можете сохранить свинцово-кислотные аккумуляторы в исправном состоянии, храня их в соответствующем месте и обращая внимание на коррозию, температуру и уровень воды.
Химия литий-железо-фосфатных (LFP) батарей
Батарея LFP представляет собой тип литий-ионной батареи, в которой вместо лития и оксида кобальта используется литий, железо и фосфат. Литий, железо и фосфат взаимодействуют с графитовыми углеродными электродами, создавая химическую реакцию, необходимую для разряда электричества и принятия напряжения для хранения. Это недорогая и малотоксичная альтернатива литий-ионным батареям.
Преимущества использования технологии LFP для солнечных батарей
Химические изменения в ячейках литий-железо-фосфата повышают привлекательность этой батареи, обеспечивая:
- Меньшее воздействие на человека и окружающую среду
- Меньшая стоимость
- Увеличенный срок службы и срок службы
- Более высокая пиковая мощность
- Лучшая термическая стабильность
Термическая стабильность химического состава батареи LFP дала ему преимущество перед более распространенным литий-ионным аналогом. Его низкое воздействие на окружающую среду делает его отличным выбором для экологически сознательных пользователей и отличным дополнением к усилиям по энергосбережению.
Минусы использования технологии LFP для солнечных батарей
Несмотря на то, что химический состав литий-железо-фосфатных аккумуляторов в некоторых отношениях лучше, чем у литий-ионных аккумуляторов, в других он все же уступает. Это может быть предпочтительнее в ситуациях, когда тепло может вызвать проблемы, но все же не так универсально и полезно. К другим недостаткам относятся:
- Низкая электропроводность
- Плохая работа при низких температурах
- Проблемы с глубоким разрядом
- Проблемы с безопасной транспортировкой
- Требуемая защита от элементов и температуры
Как и в случае с литий-ионными батареями, для хранения солнечной батареи LFP требуется постоянный контроль температуры и соответствующий график обслуживания для обеспечения максимальной производительности.
Химия никель-кадмиевых аккумуляторов
Никель-кадмиевые аккумуляторы отличаются высокой мощностью и энергоэффективностью. В основном они используются в промышленности, на транспорте и в авиации. Эти батареи состоят из никеля и кадмия в щелочном растворе, который заряжает и разряжает элементы при подаче положительной или отрицательной энергии.
Плюсы использования никель-кадмиевой технологии для солнечных батарей
Никель-кадмиевая батарея имеет ряд преимуществ, в том числе:
- Более низкая скорость саморазряда (скорость, с которой химические вещества в клетках снижают их способность накапливать энергию)
- Возможность вторичной переработки
- Широкий диапазон температур хранения
- Длительный срок службы
- Низкие требования к обслуживанию физически разделите клеммы. Никель-кадмиевые аккумуляторы с вентиляцией имеют длительный срок службы (до 20 лет и более, в зависимости от типа) и могут работать при температуре от -4 ° F до 113 ° F (от -20 ° C до 45 ° C).
  Минусы использования никель-кадмиевой технологии для солнечных батарей
  Основным недостатком никель-кадмиевой батареи является фактическое содержание кадмия в ячейках. Кадмий — это токсичный тяжелый металл, с которым должны обращаться лица, обученные удалению опасных отходов. Из-за проблем со здоровьем Европейский Союз запретил его использование, кроме как в медицинском оборудовании. К другим недостаткам относятся:
  - Азотные примеси могут вызывать повышенный саморазряд
  - Высокое электролитическое сопротивление (преодолеваемое с развитием технологий)
  - Высокая стоимость
  Никель-кадмиевые батареи следует хранить вдали от влажных помещений, а клеммы должны содержаться в чистоте. Однако герметизация клемм для поддержания их в чистоте может привести к повышенному саморазряду и потере памяти в ячейках.
  Кроме того, перезарядка может привести к потере воды в виде газа, что снижает количество заряда, которое могут удерживать элементы. Использование дешевых зарядных устройств может быстро повредить элементы из-за перезарядки и привести к значительному сокращению срока службы.
  Химия проточной батареи
  Проточная батарея имеет уникальный состав по сравнению с другими батареями. Он состоит из двух резервуаров с химическими веществами, такими как жидкий раствор брома и водород, которые перекачиваются через мембрану, удерживаемую между двумя электродами. Ионный обмен через мембраны создает заряд, питающий клетки.
  Для такой батареи требуется достаточно места для резервуаров с химикатами, трубопроводов, которые они используют, и электрических компонентов, которые перекачивают жидкости через мембраны к клеммам.
  Плюсы использования проточной технологии для солнечных батарей
  Уникальный тип батареи имеет ряд преимуществ, в том числе:
  - Почти неограниченный срок службы
  - Более совершенная технология
  - Более гибкая компоновка
  - Не подходит для больших горючих жидкостей
  - 26 9 весы для хранения
  Эти аккумуляторы могут принести пользу крупным объектам с большим пространством, поскольку в них можно установить резервуар большего размера для хранения большего количества электролитов. Размер резервуаров увеличивает доступное хранилище, а увеличенное пространство между различными компонентами снижает взаимодействие электролитов, тем самым увеличивая срок службы.
  Минусы использования проточной технологии для солнечных батарей
  Несмотря на то, что проточные батареи кажутся отличной идеей, гибкая установка имеет ряд существенных недостатков для дома, в том числе: )
- Большие мембранные сепараторы необходимы для увеличения скоростей заряда и разряда
- Высокая стоимость
- Большое пространство, необходимое для отдельных резервуаров для химикатов
- Необходимость частого пополнения электролитов внутри резервуаров
Какой тип солнечной батареи вам подходит?
Взвесив все «за» и «против» пяти рассмотренных выше типов аккумуляторов, большинство согласится с тем, что литий-ионный аккумулятор — лучший выбор для хранения солнечной энергии. Он остается отраслевым стандартом для хранения солнечных батарей благодаря своей высокой емкости, длительному сроку службы и компактной конструкции.
Если вы беспокоитесь о своем бюджете, то литий-ионные аккумуляторы могут быть не в вашем ценовом диапазоне, поэтому свинцово-кислотные аккумуляторы являются бюджетной альтернативой. Однако, несмотря на то, что он может служить много лет и имеет низкую стоимость, это более старая технология, поэтому она может не работать с высокотехнологичной установкой.
Химический состав аккумуляторов имеет значение, когда речь идет о солнечных батареях
Добавление аккумуляторных систем к вашей домашней солнечной электростанции — это дополнительный шаг, который вы можете предпринять, чтобы уменьшить свою зависимость от электросети, а солнечные панели и батареи могут работать вместе, чтобы обеспечить солнечную энергию. мощность, необходимая вашему дому.
Правильный выбор солнечной батареи может означать повышенную экономию и надежность. Выбор лучшего решения для хранения аккумуляторов для ваших нужд часто сводится к составу и химическому составу аккумулятора. Важно понимать основы каждого из пяти основных типов солнечных батарей, включая их преимущества и недостатки.
Когда придет время установить систему солнечных батарей, вам следует проконсультироваться со специалистами по солнечной энергии в компании Palmetto. У нас есть опыт и ноу-хау, чтобы помочь вам сориентироваться в вариантах и выбрать правильное решение для удовлетворения ваших долгосрочных потребностей в энергии. Мы даже предлагаем нашу услугу Palmetto Protect, чтобы вы могли получать постоянную поддержку и техническое обслуживание, которых вы заслуживаете.
Чтобы узнать, насколько вы можете снизить счета за электроэнергию в своем доме, перейдя на солнечную энергию, начните сегодня с помощью нашего бесплатного инструмента Solar Design & Savings Estimate.
Все о солнечных батареях — Forbes Home
Независимо от того, новичок вы в мире солнечной энергетики и ищете лучшую систему для своего здания или уже много лет украшаете свой дом солнечными панелями, солнечная батарея может принести огромную пользу. разница в эффективности и универсальности вашей солнечной установки. Солнечные батареи хранят избыточную энергию, вырабатываемую вашими солнечными панелями, которую затем можно использовать для питания вашего дома в мрачные, дождливые дни или после захода солнца.
Наш справочник по солнечным батареям может помочь ответить на ваши вопросы о солнечных батареях и помочь в выборе наилучшего варианта для удовлетворения потребностей вашего объекта или домашнего хозяйства. Но обратите внимание, что не все компании, занимающиеся установкой или продажей солнечных батарей, предлагают солнечные панели.
Что такое солнечные батареи и как они работают?
Без направления энергии, вырабатываемой вашими солнечными панелями, солнечная энергия была бы довольно неэффективной — ваши приборы работали бы только тогда, когда светит солнце и ваши панели работают. Если вы не используете энергию, она будет потрачена впустую — и вы не сможете использовать ее ночью. Введите солнечные батареи, которые хранят энергию, вырабатываемую вашими панелями, для использования, когда она вам действительно нужна.
Солнечные батареи являются альтернативой (или дополнением) подачи энергии обратно в сеть и могут помочь вам сделать ваш дом или объект в некоторой степени защищенным от перебоев в подаче электроэнергии и даже полностью отключить его от сети.
Типы солнечных батарей
В мировой солнечной энергетике используются четыре основных типа батарей: свинцово-кислотные, литий-ионные, никель-кадмиевые и проточные батареи.
Свинцово-кислотные
Свинцово-кислотные аккумуляторы используются десятилетиями и являются одним из наиболее распространенных типов аккумуляторов, используемых в автомобильной и промышленной технике. У них низкая плотность энергии (это означает, что они не могут удерживать много энергии на кг веса), но они остаются экономически эффективными и надежными и, таким образом, стали обычным выбором для использования в домашних солнечных установках.
Свинцово-кислотные аккумуляторы бывают как залитыми, так и герметичными, и могут быть классифицированы как с неглубоким циклом, так и с глубоким циклом в зависимости от предполагаемой функции и безопасной глубины разряда (DOD). Последние технологические достижения увеличили срок службы этих аккумуляторов, и свинцово-кислотные аккумуляторы по-прежнему остаются приемлемым вариантом для многих домовладельцев.
Литий-ионный
Технология литий-ионных аккумуляторов намного новее, чем у других типов аккумуляторов. Литий-ионные аккумуляторы обладают высокой плотностью энергии и представляют собой компактный, легкий и более эффективный вариант. Они позволяют пользователю получить доступ к большему количеству энергии, хранящейся в батарее, прежде чем ее нужно будет перезарядить, что делает их отличными для использования в ноутбуках и телефонах, а также в вашем доме.
Основным недостатком литий-ионных аккумуляторов является значительно более высокая стоимость для потребителя. При неправильной установке литий-ионные батареи также могут загореться из-за эффекта, называемого тепловым разгоном.
Никель-кадмиевые
Никель-кадмиевые батареи редко используются в жилых помещениях и наиболее популярны в авиаперевозках и промышленности благодаря их высокой прочности и уникальной способности работать при экстремальных температурах. Никель-кадмиевые батареи также требуют относительно небольшого объема обслуживания по сравнению с другими типами батарей.
К сожалению, кадмий является высокотоксичным элементом, который при неправильной утилизации может оказать значительное негативное воздействие на окружающую среду.
Flow
Батареи потока зависят от химических реакций. Энергия воспроизводится жидкими электролитами, протекающими между двумя камерами внутри батареи. Хотя проточные батареи обладают высокой эффективностью, при глубине разряда 100%, они имеют низкую плотность энергии, а это означает, что резервуары, содержащие жидкий электролит, должны быть достаточно большими, чтобы хранить значительное количество энергии. Этот размер делает их дорогостоящим и непрактичным вариантом для большинства бытовых нужд. Проточные батареи гораздо лучше подходят для больших пространств и приложений.

Реклама
ЭТО РЕКЛАМА, А НЕ РЕДАКЦИОННОЕ СОДЕРЖАНИЕ. Обратите внимание, что мы получаем компенсацию за любые продукты, которые вы покупаете или подписываетесь через эту рекламу, и эта компенсация влияет на ранжирование и размещение любых предложений, перечисленных здесь. Мы не предоставляем информацию о каждом доступном предложении. Информация и суммы сбережений, изображенные выше, предназначены только для демонстрационных целей, и ваши результаты могут отличаться.

Сравните предложения от лучших установщиков солнечных панелей
Выберите штат, чтобы начать работу с бесплатной оценкой без обязательств
Найдите установщика солнечных панелей
Стоимость солнечной батареи
Стоимость солнечной батареи или аккумуляторной системы будет зависеть от типа и размера выбранной батареи. Как правило, свинцово-кислотные батареи несут меньшие первоначальные затраты для потребителя, чем литий-ионные батареи, но в зависимости от того, как используются батареи, инвестиции в литий-ионные батареи могут сэкономить деньги в долгосрочной перспективе.
Одна свинцово-кислотная батарея может стоить от 200 до 800 долларов или даже больше в зависимости от размера/мощности батареи. Несколько свинцово-кислотных аккумуляторов могут быть необходимы для полного обеспечения домохозяйства электроэнергией.
Средняя стоимость бытовой литий-ионной солнечной батареи с установкой колеблется от 7000 до 14 000 долларов .
Цены на никель-кадмиевые и проточные батареи сильно различаются и зависят от размера и масштаба установки. Эти батареи обычно не используются в жилых домах и лучше подходят для коммерческих/промышленных условий из-за стоимости, долговечности, размера, устойчивости к экстремальным температурам и требований к утилизации после замены.
На что обратить внимание при выборе солнечной батареи
Несколько факторов влияют на производительность вашей солнечной батареи. Прежде чем выбрать аккумуляторную систему, обратите внимание на следующее:
Тип или материал
Каждый из типов аккумуляторов имеет свои преимущества. Взвешивание этих плюсов и минусов может помочь вам решить, какой стиль подходит именно вам. Если вы ищете что-то компактное и долговечное, вам может подойти литий-ионный аккумулятор. Свинцово-кислотные могут быть лучше для тех, кто осознает более насущные бюджетные ограничения.
Срок службы батареи
«Срок службы» любой батареи многогранен; срок службы, тип, качество и глубина разряда батареи влияют на ее долговечность. Обратитесь к спецификациям производителя для батареи, чтобы определить, как долго она может работать.
Как правило, свинцово-кислотные аккумуляторы могут служить от одного до 10 лет в зависимости от того, как они используются. Литий-ионные батареи обычно служат от семи до 15 лет.
Глубина разряда
Глубина разрядки показывает, сколько накопленной энергии батареи используется до ее перезарядки. Как правило, чем глубже разряжен аккумулятор, тем короче срок его службы. Аккумуляторы
часто поставляются с расчетным сроком службы (указывающим, сколько циклов он прослужит при определенной глубине разряда) и рекомендуемой максимальной глубиной разряда.
Как свинцово-кислотные, так и литий-ионные батареи разрушаются быстрее при глубоком разряде, но свинцово-кислотные батареи, как правило, менее устойчивы к глубоким разрядам, чем литий-ионные, что значительно сокращает ожидаемый срок службы при регулярной глубокой разрядке. основа.
Эффективность
Солнечные системы и батареи не на 100% эффективны при передаче и хранении собранной солнечной энергии от панелей к батареям, так как при этом теряется некоторое количество энергии. В зависимости от количества энергии, которую вы можете генерировать с помощью своих панелей, и от того, как настроена ваша система, возможно, стоит инвестировать в более дорогую и более эффективную батарею. Это может помочь сэкономить деньги в долгосрочной перспективе. Любая компетентная команда по продажам и установке рассчитает эффективность вашей солнечной панели и емкость батареи, а ваша система объяснит вам, но наши ресурсы по солнечной энергии также могут помочь вам точно понять, как работает ваша система.

Реклама
ЭТО РЕКЛАМА, А НЕ РЕДАКЦИОННОЕ СОДЕРЖАНИЕ. Обратите внимание, что мы получаем компенсацию за любые продукты, которые вы покупаете или подписываетесь через эту рекламу, и эта компенсация влияет на ранжирование и размещение любых предложений, перечисленных здесь. Мы не предоставляем информацию о каждом доступном предложении. Информация и суммы сбережений, изображенные выше, предназначены только для демонстрационных целей, и ваши результаты могут отличаться.
Сравните предложения от лучших установщиков солнечных панелей

Бесплатно, оценки без обязательств
Найдите установщика солнечных панелей
Как выбрать лучшую солнечную батарею для ваших нужд
Выбирая солнечную батарею для своей установки, вы можете подумать, как вы будете использовать батареи и что вам действительно нужно, насколько безопасной может быть каждая система и общая стоимость системы.
Соображения по использованию и необходимости
Нужна ли вам батарея или блок батарей для обеспечения только коротких всплесков аварийного питания при отключении электричества, или они нужны вам для поддержания объединенных электрических потребностей всего вашего дома/объекта в течение длительных периодов времени? времени? Как долго вы ожидаете находиться на солнце ежедневно? Подумайте о рекомендуемой глубине разрядки ваших аккумуляторов и о том, как это повлияет на срок их службы.
Соображения безопасности
Как нужно хранить батарею, чтобы обеспечить ее безопасное обслуживание? Какое техническое обслуживание требуется аккумулятору? Каков безопасный диапазон температур для вашей батареи и будет ли место хранения поддерживать эту температуру? Когда придет время, как вы планируете утилизировать аккумулятор?
Стоимость
Что для вас имеет больше смысла: платить меньше на свинцово-кислотных батареях или инвестировать в эффективность и долговечность литий-ионных батарей? Сколько батарей вам нужно будет купить, чтобы обеспечить ваши потребности? Каков ожидаемый срок службы батареи и готовы ли вы заменить ее, когда она выйдет из строя?
Преимущества использования солнечной батареи
Самое лучшее в накопителях на солнечных батареях — это то, что они позволяют хранить избыточную энергию, которую вы производите. Одним из наиболее важных преимуществ солнечных батарей является то, что они не просто обеспечивают резервное питание; они также производят энергию в нерабочее время, когда вы не хотите отправлять лишнюю солнечную электроэнергию обратно в местную коммунальную компанию.
Энергетическая независимость
Солнечная батарея является важным компонентом дома, полностью зависящего от солнечной энергии. Аккумулятор может накапливать энергию в течение дня, поэтому его можно использовать ночью, чтобы свет оставался включенным в течение всего вечера. Система солнечных батарей также может превратить автономную солнечную систему в аварийный резерв во время отключения электроэнергии.
Экономия на счетах за электроэнергию
Солнечные батареи могут помочь потребителям снабжать энергией свои дома, используя солнце. Это позволит им меньше покупать в сети и сэкономить деньги на счетах за электроэнергию.
Сокращение углеродного следа
Солнечная энергия может минимизировать использование ископаемого топлива и защитить окружающую среду. Солнечные батареи генерируют солнечную энергию под воздействием солнечного света, которую затем можно использовать для питания устройств или для подзарядки аккумулятора ноутбука или телефона.
Стоит ли покупать солнечные батареи?
Солнечные батареи представляют собой значительные первоначальные финансовые вложения, но в конечном итоге могут помочь вам сэкономить деньги на затратах на электроэнергию после захода солнца или во время чрезвычайной ситуации. Если вы живете вне сети, они могут быть важными компонентами вашей энергетической системы.
Солнечные батареи обеспечивают ваш дом чистой, относительно зеленой, возобновляемой энергией, которая в противном случае должна была бы поступать из внешнего источника. В некоторых областях также предусмотрены стимулы или скидки, чтобы помочь снизить затраты на добавление солнечной батареи в вашу систему, и вы можете получить скидку до 30% на установку вашей батареи, если вы имеете право на получение федерального налогового кредита на солнечную энергию.
В конечном счете, только вы можете решить, стоит ли вложение в солнечную батарею и ее вознаграждение затрат и требований к обслуживанию.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Как долго работают солнечные батареи?
Срок службы солнечных батарей от 5 до 15 лет. Срок службы солнечной батареи зависит от ее типа, качества обслуживания и частоты использования.
Каковы недостатки использования солнечных батарей?
Стоимость: Стоимость покупки и установки солнечных батарей может варьироваться от нескольких сотен до нескольких тысяч долларов. Батареи также имеют ограниченный срок службы и в конечном итоге должны быть заменены.
Техническое обслуживание: Для обеспечения безопасной работы различные аккумуляторы требуют различных требований к обслуживанию. Надлежащее техническое обслуживание может быть как дорогостоящим, так и трудоемким.
Пространство: Батареи занимают много места, и, в зависимости от размера вашей системы, а также типа выбранной вами батареи, количество места, необходимое для хранения и надлежащей вентиляции ваших батарей, может быть значительным.
Безопасность: Существуют неотъемлемые риски, связанные с эксплуатацией любых аккумуляторов (перегрев, утечка и т. д.), особенно если продукты не установлены и не обслуживаются должным образом.
Сложность: Добавление батарей к вашей системе создаст дополнительную сложность в отношении проводки и настройки. В зависимости от вашего уровня знаний в области электротехники, вы можете рассмотреть возможность консультации или найма профессионала при установке солнечных батарей.
Сколько батарей нужно для питания дома от солнечной энергии?
Количество батарей, которые вам понадобятся, зависит от типа батареи, емкости батареи, размера вашей солнечной системы, энергетических потребностей цепей и приборов, которые вы хотите запитать, и количества времени, которое вы хотите использовать. обеспечить питание ваших цепей/приборов.
Лучший способ оценить свои потребности в энергии — это вычислить количество киловатт-часов, которое вам потребуется в случае отключения электроэнергии, и сравнить его с возможностями и характеристиками аккумуляторов и систем, которые вы рассматриваете.
Как долго солнечные батареи держат заряд?
Продолжительность времени, в течение которого ваша солнечная батарея будет держать заряд, зависит от батареи и количества накопленной энергии. Стандартная солнечная батарея будет хранить энергию от одного до пяти дней.
Какие солнечные батареи лучше?
Лучший тип батареи для одной системы может не подходить для другой. Для домашней солнечной системы подойдет блок герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов подходящего размера или система литий-ионных аккумуляторов, в зависимости от предполагаемого использования (ежедневное, кратковременное/долговременное и т. д.)
Некоторые распространенные марки солнечных батарей включают: Tesla, Panasonic, LG Chem, Electriq Power, Enphase, Generac, Sunpower, Solar Edge, SunVault и Renogy.
Ваш дом. Ваши решения. Наша поддержка.
Получайте советы экспертов по вашему дому, советы по дизайну, сколько платить профессионалам и нанимайте экспертов, доставляемых вам ежедневно.

Добавить комментарий Отменить ответ