Строение солнечной батареи: Как работают солнечные батареи — Naked Science

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

 

 

 

 

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:

1. Аккумуляторная батарея.
2. Контролер заряда.
3. Инвертор.
4. 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:

1. Тип устройств.
2. 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.

Как работает солнечная батарея

• Вы здесь:
• СКУД
• Студенты и преподаватели
• Образовательные ресурсы
• Средняя школа
• Химические вопросы
• вопросы
• Архив 2013-2014 гг.
• Как работает солнечная батарея

ChemMatters

• Меню
  • Статьи
  • вопросы
  • Ресурсы для учителей
  • О
  • Подписывайся
  • Цифровой доступ

Понимание химического состава солнечных батарей (сравнение)

Солнечные батареи помогают хранить избыточную энергию, вырабатываемую вашей солнечной энергетической системой, 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 одноразовые бытовые приборы (AA, AAA, C, D, 9V и др. ) может привести к перегреву и повреждению из-за реакций в клетках.

Для хранения энергии используются пять основных типов солнечных батарей:

• Литий-ионные
• Свинцово-кислотные
• Литий-железо-фосфатные (LFP)
• Никель-кадмиевые

  6

• 4 Другие менее популярные 9
• Flow Battery 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 интеркалатное 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 они не используются

  Минусы использования литий-ионной технологии для солнечных батарей

  Литий-ионные аккумуляторы имеют несколько заметных проблем:

  • Повышенный риск перегрева и возгорания
  • Низкая отказоустойчивость
  • Повышенный риск для здоровья и окружающей среды , 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.

    Преимущества 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 своего заряда, например, при запуске автомобиля )
    • Длительный жизненный цикл (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 подходящем месте и обращая внимание на коррозию, температуру и уровень воды.

    Химия литий-железо-фосфатных (LFP) аккумуляторов

    Аккумулятор LFP представляет собой тип литий-ионного аккумулятора, в котором 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
    • 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-ионной батареей, 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 техническому 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:

      • Примеси азота могут вызывать повышенный саморазряд
      • Высокая электролитическая стойкость (преодолеваемая с развитием технологии)
      • 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.

      Преимущества использования проточной технологии для солнечных батарей

      Уникальный тип батареи имеет ряд преимуществ, в том числе:

      • Практически безграничный срок службы
      • Более совершенная технология
      • Более гибкая компоновка
      • Не подходит для больших горючих жидкостей

        6 9 весы для хранения

      Большие объекты с большим количеством места могут извлечь выгоду из этих батарей, поскольку они могут установить больший бак 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.