Энергия солнца. Солнечные батареи-набор соединенных между собой элементов

11775590Солнечная энергия — Возобновляемая , натуральный источник энергии . Лучшие образцы полупроводниковых кристаллов сейчас имеют коэффициент полезного действия более 30%. В солнечных батареях есть преимущество перед другими генераторами — сырье , которое они используют никогда не закончится. Кроме того, солнечная батарея не имеет движущихся частей, и может работать почти вечно. Но в данный момент они очень дорогие.
Земля получает практически всю энергию от Солнца . Достигая атмосферы Земли , солнечное излучение частично отражается, преломляется и излучается. Атмосфера как защищает нас от силы солнечной радиации , так и покрывает нас теплоизоляционным покровом, сберегающим необходимое тепло. Есть мнение что Солнце дает Земле в 15.000 раз больше энергии, чем каждый год потребляется человечеством. Это большой источник энергии и есть несколько способов ее использования.
Энергию Солнца можно использовать для обогрева помещений, задействуя соответствующий дизайн. Это называется пассивной солнечной конструкцией, в которой используются окна и расширительные баки для вылова тепла Солнца. Хорошая изоляция и цеплазахавалишча гарантируют удержание тепла . В помещениях с пассивными солнечными конструкциями много естественного света, так что уменьшается необходимость в электрическом освещении.
Другая форма солнечного обогрева использует активную систему. Здесь для сбора солнечного тепла используют панели солнечных батарей, а применение воды или нефти в системе теплообмена позволяет сохранять тепло и распределять его по дому. В больших системах отличными цеплазахавальницами являются бассейны. Активные солнечные системы обычно применяются как дапамагальныя системы горячего водоснабжения и обогрева домов.
Использование солнечной энергии не ограничивается нагреванием воды или помещений. Ученые уже придумали несколько способов преобразования световой энергии Солнца в электрическую .

Разумеется, уменьшение затрат на нагревание воды и помещения — это важно, но область человеческой деятельности не ограничивается этим.

Если мы хотим полностью заменить уголь , нефть или природный газ альтернативными видами топлива , такими как солнечная энергия, нам необходимо найти способ преобразования энергии Солнца в электричество с наименьшими потерями. Для солнечной энергетики существует специальное определение — гелиаэнергетыка (от греческого Helios — Солнце). Солнечные батареи — это набор соединенных между собой Placas-solares2элементов, которые могут преобразовывать энергию солнца в электричество. Они имеют название фотоэлектрическими генераторами и состоят из полупроводниковых элементов.
Однако уже сейчас идет работа по снижению стоимости солнечных батарей, примером может служить калькуляторы и другие приборы с низким применением электричества. В некоторых странах установка солнечных генераторов на крыши домов имеет массовый характер. Например, в Швейцарии в данный момент построено более 2600 гелиавстановак на фотаперавтваральниках мощностью от одного до 1000 киловатт.
Кроме традиционных кремниевых фотоэлементов ученые разработали несколько новых технологий, например синтетические волокна, которые под воздействием света могут вырабатывать электрический ток. Его мощь достаточно для потребления маломощными устройствами. Например рубашка сшитая из такого материала может питать карманный компьютер , сотовый телефон и т.д. Эту ткань можно даже стирать и она не потеряет своей работоспособности. Из нее можно создать парус на яхте , который будет питать бортовой генератор и всю бортовую электронику.

Еще одна перспективная разработка — производство солнечных батарей с использованием полимерных пленок, которые отличаются от кремниевой отличной гибкостью так что их можно наносить на любые материалы. Например, благодаря такой разработке можно создать сотовый телефон, который своей поверхностью будет вырабатывать электричество для питания своего аккумулятора . Или автомобиль , поверхность которого может вырабатывать электричество, чтобы уменьшить нагрузку на аккумулятор. Но пока это разработка имеет недостатки, например низкий коэффициент полезного действия всего 1,7%.
Но разработки ведутся повышенными темпами и в ближайшее время можно ожидать новые солнечные батареи из нового гибкого материала с высоким КПД

История развития солнечной энергетики в 30-40 года

Первые эксперименты по использованию солнечной энергии непосредственно для бытовых целей были сделаны между 1920 и 1940 гг. Александр Макнейледж в Калифорнии сконструировал здание с плоским солнечным коллектором для нагревания воды и воздуха. («Замок Скотти» в Долине Смерти, 1922—1929 гг.).

Новый рисунокВ 1931 г. опубликовал свой проект немецкий архитектор Мар­тин Вагнер. Стеклянная рубашка защищала наружные стены от непогоды, создавалось пространство, которое уменьшало потерю тепла и использовало проникающую в него солнечную радиацию.

Большинство солнечных домов тех лет (например, Г. Ф. Кек, Иллиновский технологический институт, 1940 г.; Ф. В. Хатчинсон Пардю, университет в Индиане, 1945 г.) были далеки от «солнеч­ного дома» сегодняшнего дня, так как ограничивались большим остеклением с южной стороны. Этого было, конечно, недостаточ­но, так как в теплые солнечные дни в доме было слишком жарко, а в пасмурные холодные — слишком холодно. Зимой для них тре­бовалось даже больше топлива, чем для других типов домов. Проблема накопления тепла так и не была решена.

Между 1930 и 1940 гг. снова стали уделять внимание оздоро­вительным свойствам солнечных лучей. Для борьбы с туберкуле­зом во многих странах, в основном Швейцарии, строились здания с большими окнами. Все современные архитекторы рассматрива­ют солнце как наиболее важный фактор, оказывающий влияние на архитектуру дома. В 1939 г. был построен первый «солнечный дом», Массачусетского технологического института (MIT, рабо­чая группа под руководством Дж. Хоттела и Б. боертца).

Первое большое здание, снабженное солнечными генератора­ми теплой воды, было построено во Флориде в 1939 г. (Эдисон Курт Экстенсионз). Солнечные коллекторы были выполнены из стали с двойным остеклением и ровными овальными трубами из меди. Вода нагревалась до 83° С в течение нескольких часов. Первый солнечный коллектор, пущенный в производство, был сделан фирмой «Пан Америкэн Солар Хитэ Инк».

 

РАЗВИТИЕ ИССЛЕДОВАНИИ В ОБЛАСТИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ПОСЛЕ 1945 Г.

В Калифорнии, Флориде, Техасе и Аризоне использование солнечных нагревательных приборов было уже широко распрост­ранено с 1940 г. В 1948 г. Телкес, Раймонд, Пибоди в Дувре (штат Массачусетс, США) построили первый «солнечный дом», в кото­ром 80% тепловых потребностей обеспечивалось солнечной энер­гией.

После 1945 г. исследования в области солнечной энергии по­лучили новый подъем из-за появившихся трудностей в энергети­ческом снабжении. Почти во всем мире ученые и неспециалисты поняли огромное значение солнечной энергии[1]. Многие большие и малые промышленные фирмы во всех частях света финансиро­вали эти исследования2. После 1950 г. американскими универси­тетами и исследовательскими институтами[2] был организован пер­вый большой симпозиум, посвященный проблемам использова­ния солнечной энергии.

В октябре 1954 г. ЮНЕСКО и индийское правительство орга­низовали первую международную конференцию, которая была посвящена исключительно солнечной энергии и энергии ветра.

В октябре 1955 г. в Финиксе, штат Аризона (США) была ос­нована ассоциация по использованию солнечной энергии, в это же время были устроены международный симпозиум и первая выставка солнечной энергетической техники. Тысячи ученых из 36 стран приняли участие в этом мероприятии, экспонировалось около 80 изобретений.

В 1956 г. появился первый журнал, посвященный проблемам солнечной энергии, — «Солнце за работой». Год спустя начал вы­ходить журнал «Наука и техника солнечной энергии».

Интенсивная исследовательская работа привела к целому ря­ду практических результатов. В Америке, СССР, Японии и Фран­ции были построены солнечные установки и плавильные печи.

Во многих странах, таких, как Япония, Австралия, Израиль, Кипр, а также в Южной Африке солнечные водонагреватели ста­ли обычным явлением. Все чаще можно услышать о домах, ко­торые отапливаются и кондиционируются с помощью солнечной энергии.

 Технологический институт в Массачусетсе, университет в Юте, универ­ситет в Миннесоте, институт им. Бателлы, университет в Калифорнии, Акаде­мия наук в Огайо, университет в Висконсине, Стэнфордский институт, универ- систет в Аризоне, университет во Флориде, Фордхамский университет, Гар­вардский университет.

РОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Первый совет архитекторам по использованию солнца был дан греческим историком Ксенофонтом (430—354 гг. до н. э.): «Мы должны строить южный фасад домов выше, чтобы поймать зимнее солнце». Первые теоретические предпосылки использова­ния солнечной энергии появились в трудах греческого математика Евклида (около 300 г. до н. э.), работающего в Академии Пла­тона в Александрии, который вывел теорему сферического отражения. Но величайшим из древних солнечных инженеров был Архимед (287—212 гг. до н. э.), чьи исследования в области сол­нечной энергии имели не только теоретические, но и важные практические результаты.

Посредством вогнутых зеркал, фокус которых благодаря очень небольшому искривлению был на рас­стоянии нескольких сотен метров, он смог зажечь корабли рим­ского полководца Марка Клавдия Марцелла во время двухлет­ней осады столицы Сицилии города Сиракузы. Таким же образом Прокл в 514 г. н. э. уничтожил флот готов в Константинополе.

Новый рисунок

Рис. 9. «•Концепция солнечных домов»

Сократа

J — солнечное излучение с южной стороны ле­том; 2 — солнечное излучение с южной сторо­ны зимой; 3 — крытая терраса; 4 — общая ком­ната; 5— кладовая в качестве термической за­щитной зоны; 6 — стеиа с теплоизоляцией с се­верной стороны

Возможности этого технического достижения с тех пор дока­зывались много раз: например, Дж. Л. Бюффон зажег дерево на расстоянии 60 м; Нерон в Александрии (около 100 г. н. э.) так­же применял «сжигающие зеркала»; известно также, что и после Плутарха (около 50—125 гг. н. э.) существовали «сжигающие зеркала», которые зажгли священный огонь храма Весты в древ­нем Риме.

Арабы уже знали, что обыкновенное стекло имеет свойство концентрировать солнечное тепло, и после завоевания Египта освоили его производство, которое процветало долгое время. Скоро они сделали стеклянные сосуды (реторты) для опреснения воды солнечными лучами. Примитивные сферические стекла были найдены в руинах Ниневии в Месопотамии. В Европе про­блема солнечного тепла снова стала актуальной после изобрете­ния оптического стекла Галилеем (1564—1642 гг.). В 1615 г. во Франции инженер Саломон де Ко (1576—1626 гг.) описал в своей работе «Raison des forces mouvants» водоподъемные машины, действующие с помощью солнечного тепла, которые он назвал «вечным фонтаном».

Новый рисунок
Многие ученые изобретали и строили различные машины и механизмы с линзами и зеркалами, которые приводились в действие с помощью солнечной энергии.
Швейцарский фйзик де Сосур (1740—1799) из Женевы по¬строил первую систему аккумуляции солнечного тепла. Он установил пять слоев стекла таким образом, что каждый из них отделялся от соседнего воздушной прослойкой. Воздух между стекла¬ми от слоя к слою основательно нагревался и таким образом достигал температуры 87,5° С. Современные поверхностные кол¬лекторы работают на этом же принципе. В 1872 г. в пустыне на севере Чили была построена солнечная опреснительная установка, которая производила в день 27 тыс. л питьевой воды. Но XIX в. был в основном веком силовых солнечных машин. Первые современные машины принадлежат французу Августу Бернарду Мушо. 22 сентября 1864 г. около г. Алжира он пустил свою установку в действие. Эта огромная машина имела зеркало 5 м диаметром и насос, нагнетающий 2,5 т воды в минуту.
В 1878 г. на Всемирной выставке в Париже проф. Мушо представил другую солнечную машину, приводившую в движение пресс для печатания газет (рис. 11). Он также опубликовал кни¬гу о солнечной энергии «Солнечное тепло и его промышленное применение». Приблизительно в это же время американец Джон Эриксон (1803—1889 гг.) построил небольшую, в 2,5 л, е., маши¬ну; он же 10 лет работал над проектом силовой солнечной стан¬ции, которая, к сожалению, так и не была построена.

ПРОГРЕСС НАЧАЛА 1900-Х ГОДОВ

С 1902 по 1908 г. X. Е. Уилси и Джон Бой-ль построили в Ка¬лифорнии солнечные машины мощностью 6 и 20 л. с. В 1901 г. А. Г. Анеас построил маши¬ну мощностью 15 л. е.; в этом же году была пост¬роена знаменитая солнечная паровая установка в Пасадене. В 1911 г. Франк Шуман.

Первые эксперименты по использованию солнечной энергии непосредственно для бытовых целей были сделаны между 1920 и 1940 гг. Александр Макнейледж в Калифорнии сконструировал здание с плоским солнечным коллектором для нагревания воды и воздуха. («Замок Скотти» в Долине Смерти, 1922—1929 гг.).

В 1931 г. опубликовал свой проект немецкий архитектор Мар­тин Вагнер. Стеклянная рубашка защищала наружные стены от непогоды, создавалось пространство, которое уменьшало потерю тепла и использовало проникающую в него солнечную радиацию.

Большинство солнечных домов тех лет (например, Г. Ф. Кек, Иллиновский технологический институт, 1940 г.; Ф. В. Хатчинсон Пардю, университет в Индиане, 1945 г.) были далеки от «солнеч­ного дома» сегодняшнего дня, так как ограничивались большим остеклением с южной стороны. Этого было, конечно, недостаточ­но, так как в теплые солнечные дни в доме было слишком жарко, а в пасмурные холодные — слишком холодно. Зимой для них тре­бовалось даже больше топлива, чем для других типов домов. Проблема накопления тепла так и не была решена.

Новый рисунок

Между 1930 и 1940 гг. снова стали уделять внимание оздоро­вительным свойствам солнечных лучей. Для борьбы с туберкуле­зом во многих странах, в основном Швейцарии, строились здания с большими окнами. Все современные архитекторы рассматрива­ют солнце как наиболее важный фактор, оказывающий влияние на архитектуру дома. В 1939 г. был построен первый «солнечный дом», Массачусетского технологического института (MIT, рабо­чая группа под руководством Дж. Хоттела и Б. боертца).

Первое большое здание, снабженное солнечными генератора­ми теплой воды, было построено во Флориде в 1939 г. (Эдисон Курт Экстенсионз). Солнечные коллекторы были выполнены из стали с двойным остеклением и ровными овальными трубами из меди. Вода нагревалась до 83° С в течение нескольких часов. Первый солнечный коллектор, пущенный в производство, был сделан фирмой «Пан Америкэн Солар Хитэ Инк».

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

 

Просто цифры мало что значат для неспециалиста. Однако если мы рассмотрим их в денежном выражении, они приобретут вполне реальное значение.

Возьмем город в Великобритании, который имеет определен­ное законодательство, например Лондон. Какую стоимость энер­гии в деньгах посылает солнце на 100 м2 крыши типичного анг­лийского дома? Лондон получает в течение года в среднем

ТАБЛИЦА 7. СРЕДНЕЕ значение ПОЛНОЙ радиации, ККАЛ/м* в час, для обращенной на юг ПОВЕРХНОСТИ КАК функция от времени года и времени дня в клотене (цюрих) между 1963 и 1972 гг., 50% случаев (П. ВАЛКО. сосновная информация для использования солнечной энергии». симпозиум рюшмикон. 1974).

В скобках даны некоторые значения для лондона (по данным английской секции международного общест­ВА солнечной энергии.)

Время Январь Февраль Март

А

5

о.

« Июнь А gS Ено £ Сентябрь Ла. >о се

А

Си «

о;

Декабрь

С <

1 * <5

о Я

04—05 0 0 0(0)

0

15 25 (12) 24 11 0(0) 0

0

0(0)
05—06 0 0 И (0,85)

24

35 46 (53) 47 26 14(3,4) 0

0

0(0)
06—07 0 11 30(11)

46

57 67(125] 75 51 38 (22) 18

И

0(0)
07—08 9 29 81 (46)

95

86 94 (210) 121 100 97 (72) 65

22

5(0)
08—09 51 113 162(107)

174

171 158 (295) 202 197 190(145) 135

41

32 (8,5)
09—10 120 201 267(173)

242

260 251 (365) 307 292 294 (220) 193

74

104 (25)
10—11 189 256 350 (227)

315

330 344(412) 393 374 416(281) 257

119

160 (53)
11—12 214 266 393(258)

365

339 381 (440) 433 425 502 (319) 369

147

201 (76)
12—13 248 313 419 (266)

351

369 404 (444) 442 437 532(326) 445

167

202(80)
13—14 214 333 380 (251)

327

362 343 (424) 408 395 490 (310) 434

151

186 (59)
14—15 148 255 301 (214)

262

294 373 (391) 338 338 392 (273) 337

128

123 (55)
15—16 64 135 194(162)

187

191 180(339) 232 234 273(214) 196

64

53(21)
16—17 10 31 96(100)

112

120 112 (269) 132 138 142(147) 65

21

5(1)
17—18 0 10 31(41)

50

65 73(196) 87 62 43 (72) 18

0

0(0)
18—19 0 0 11(7)

25

37 53(124) 57 28 13(17) 0

0

0(0)
19—20 0 0 0(0)

0

17 27 (0) 22 13 0(0) 0

0

0(0)

 

Новый рисунок

Из приведенных цифр можно заключить, что поток энергии Солнца на Землю имеет исключительно важное значение. По¬мимо энергии, излучение Солнца обладает многими важными качествами, которые уже известны, но некоторые из них еще не исследованы. Какое наиболее важное естественное действие Солнца на Землю? Трудно выбрать самое главное, так как можно сказать, что все исходит от Солнца, например, наш относительно теплый климат в сравнении с холодом космоса, ветер, движение миллиардов тонн воды в виде дождя, фотосинтез деревьев, океанские течения и многое другое.

Какую техническую пользу можно извлечь из солнечной энергии?

Возможности различны для теплого и холодного климата. Для территорий, расположенных до 40° с. ш., доступно большое и довольно регулярное количество тепла. В этих районах использование солнечной энергии уже широко распространено. В Японии, например, работает несколько миллионов отопительных систем, нагреваемых солнцем. В Австралии, США (Флорида), Израиле широко используются различные солнечные установки. Было доказано, что и в северных широтах, между 45° и 55° с. ш., такие установки возможны и экономически выгодны. В Валла- сей, около Ливерпуля (53° с. ш.), школа обогревается солнечной энергией с 1960 г. (см. 9.2). Во Франции дома, обогреваемые солнцем, существуют уже много лет, например один из них в Шо- венси-ле-Шато, расположенном около 49° с. ш. (см. 9.3). В Швей¬царии такие дома можно встретить в Гренхене, Клотене, Берне и других местах.
В Цюрихе зарегистрировано в год в среднем 1693 ч солнечного света. Это обеспечивает ежегодно энергию в 1160 кВт-ч со средней мощностью 655 Вт для каждого квадратного метра горизонтальной поверхности.
Возможности использования солнечной энергии очень различны. В жарких странах, где обычно много солнца, но мало воды, построены опреснительные установки, действующие на солнечной энергии (например, в Бари, в Южной Италии).
В районах пустыни на солнечной энергии работают водяные насосы (Чингетти, Мавритания). Для научных целей на солнечной энергии построены печи, температура в которых достигает 4000° С (Одейло, Южная Франция).
Электрическая энергия также может вырабатываться солнцем, но из-за высокой стоимости производства это пока не экономично. Существует уже много видов приспособлений (котлы, радио, телефоны, часы), которые приводятся в действие солнечной энергией.
В Центральной Европе около 50% всей энергии используется для отопления помещений и горячего водоснабжения. Если хотя бы частично удовлетворять эти потребности за счет солнечнойэнергии, можно за год сэкономить несколько миллионов тонн нефти.
Мы сознаем все недостатки солнечной энергии: нерегулярность поступления, огромное рассеивание, что делает необходимым сравнительно большую поглощающую поверхность и, наконец, трудности, связанные с проблемой аккумулирования. Однако список преимуществ также велик: использование солнечной энер¬гии не приводит к загрязнению окружающей среды; солнечные коллекторы могут быть построены всюду без всяких распредели¬тельных систем; энергия эта доступна практически везде.
Важность этих преимуществ уже общеизвестна. Во всем мире ученые, политики и бизнесмены пытаются воспользоваться огром¬ными возможностями, которые им предоставляет Солнце.

ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИИ В ОБЛАСТИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Солнце создало биологическую основу человеческого сущест­вования, и культ Солнца был, вероятно, первой религией. Как и во многих древних цивилизациях, в Древнем Египте Солнце было основой религиозных верований. Бог Солнца Амон-Ра считался повелителем страны, а фараон — сыном Солнца и пользо­вался наивысшими почестями. Индийский бог Солнца, «дарую­щий жизнь», каждое утро будил Вселенную для новой жизни. В Древней Греции бог Солнца Гелиос был символом света, тепла, жизненной силы и изобилия. Его имя носил город Гелиополис.

У древних инков культ Солнца также был основой религии. Вожди племен почитались как наследники бога Солнца. Боль­шая роль принадлежит богу Солнца в историческом развитии Японии, широкое распространение он нашел в мифологии других стран.

Во многих частях света были сооружены храмы в честь бога Солнца, например, в Гизе, Теотихуакане, Родосе и других местах. Сократ (469—399 гг. до н. э.) выдвинул идею «Солнечного дома», который функционально отличался от мегарона. В нем макси­мально использовалось зимнее солнце и полностью исключалось прямое попадание солнечного света с южной стороны летом.

Солнечные панели

Панель солнечных батарей , также: фотоэлектрическая панель солнечных батарей — скомпанована и электрически соединена сборник фотоэлектрических ячеек . Солнечная панель может быть использована в качестве фотоэлектрической системы для генерации и поставки электроэнергии в коммерческих и жилых помещений. Выходная мощность при стандартных условиях использования находится в пределах от 100 до 320 ватт.

Преимущества солнечной батареи:

малая масса и габариты;
невысокая стоимость по сравнению, например, с топливными элементами ;
простота конструкции;
длительный срок эксплуатации.

Недостатки:

невозможность производить ночью такую ​​же выходную мощность, как днем, что требует использования аккумулятора или ионистора , который заряжался бы днем для поддержания работы нагрузки в темноте;
резкая зависимость выходной мощности от угла падения лучей на светочувствительную поверхность заставляет использовать автоматические системы ориентирования в пространстве;200px-Solar_panels_in_Ogiinuur невозможность получить мощность с квадратного метра солнечной батареи более 0,1 кВт, используя дешевые материалы;
быстрая деградация фотоэлементов в условиях повышенного радиационного фона и проникающей радиации.
КПД солнечных батарей, состоящих из кремниевых фотодиодов и выпускаются для широкого потребления, обычно достигает 8%, не более.
В специализированных солнечных батарей, фотодиоды которых выполнены из арсенида галлия , КПД достигает 20%.Солнечные батареи с фотодиодов на основе сульфата кадмия , выпускаемые в виде тонких гибких пленок, предназначенные для электропитания аппаратуры космических станций и спутников.
При увеличении температуры окружающей среды выходное напряжение солнечной батареи падает по линейному закону.200px-SolarpanelBp

Применение

В Дании за счет солнечной энергии, которая, в основном, используется для выработки тепла в частном секторе, покрывается от 1/3 до 3/4 потребности в каждом жилом доме, а цена на электроэнергию регулируется Министерством энергетики, и, по состоянию на 2005 год, составила по курсу к российскому рублю 11руб./кВт-г. В Германии до 70% затрат на «соляризацию» домов компенсирует государство.
Кроме того, государством покупается электричество у владельцев «солнечных крыш» по ценам, значительно превышают рыночные: когда днем дом производит энергии много, а потребляет мало — ее излишки уходят в городскую сеть и хозяин получает 80 центов за каждый сданный кВт-ч, ночью же — он сам покупает электричество в той же самой сети, но уже по 20 центов за кВт час. В стране оборудуют солнечными элементами по 0,5 млн. квадратных метров крыш в год.

Панели солнечных батарей был установлен на третьем советском спутнике, выведенном на орбиту 15 мая 1958.

Типы солнечных элементов

Монокристаллические кремниевые солнечные панели – это наиболее эффективный тип из ныне существующих, следовательно, их размер будет наименьшим. Но, как это всегда бывает, и цена у них самая высокая.солнечная ткань

Поликристаллические (или мульти-кристаллические) панели – это самый популярный выбор сегодня, потому как этот тип панелей обеспечивает превосходный баланс производительности и стоимости. Недавние усовершенствования в технологии этого типа солнечных модулей приблизили их к монокристаллическим по эффективности, выносливости и габаритам. Поликристаллические панели приняты европейским рынком в качестве стандарта. Один из ведущих в мире производителей данного типа модулей – REC.

В аморфных (или тонкопленочных) панелях используется наименьшее количество кремния. Этот тип панелей является одним из наименее производительных , однако весьма популярен в странах СНГ.

Выводы

энергии солнцаТаким образом, какие же моменты нужно иметь ввиду при выборе солнечных панелей? Первое – изучите, из каких материалов и по какой технологии производятся те или иные панели. Второе – посмотрите отзывы и исследования о том, как панели разных производителей ведут себя в реальных ситуациях: насколько эффективны и терпимы к жаре. Трете – сравнить гарантийные условия солнечных панелей, которые вы рассматриваете. И последнее, но не менее важное – узнайте больше о производителе.

Воздушное отопление.Солнечное тепло

Солнечный нагрев воздуха является солнечная тепловая технология, в которой энергия от солнца, солнечную инсоляцию , захватывается поглощающей среде и используется для нагрева воздуха. Солнечного нагрева воздуха возобновляемых источников энергии отопительной техники используются для воздушных тепловых или условие зданий или технологических процессов тепло.

Transpired_Solar_Air_Collector_Operations_Schematic_(vector).svg

Как правило, наиболее экономически эффективным из всех солнечных технологий, особенно в коммерческих и промышленных приложений, и посвящен крупнейшим использования энергии в строительстве отопления климате, который отопления помещений и промышленного процесса нагрева.
Солнечные коллекторы воздуха может быть принято делить на две категории:
Неглазурованный Коллекционеры воздух или солнечный коллектор выяснилось (используется в основном для нагрева окружающего воздуха в коммерческих, промышленных, сельского хозяйства и перерабатывающей приложений)
Застекленная солнечные коллекторы (рециркуляции типов, которые обычно используются для отопления помещений).

Застекленная воздушная система

Функционирование таким же образом, как и обычный принудительной воздушной печи, системы подачи тепла путем рециркуляции кондиционером воздуха в здание через солнечные коллекторы — солнечные коллекторы . Благодаря использованию энергии собирающей поверхности поглощать тепловую энергию солнца, воздуха и каналов вступить в контакт с ним, простым и эффективным коллектора могут быть сделаны для различных систем кондиционирования и технологических процессов.
Солнечная воздушный тепловой коллектор, плоский коллектор Воздушный плиты, от солнечных батарей печей, установленных на вертикальной стене на дом для оптимальной работы зимой и летом минимизировать производительности для предотвращения перегрева.

SPF солнечных воздушных Теплоколлекторов

Простой солнечный коллектор состоит из воздуха адсорбционный материал, иногда имеющие селективные поверхности , чтобы захватить излучение от солнца и передает тепловую энергию в воздух за счет теплопроводности теплопередачи. Этот нагретый воздух Канальные к зданию пространстве или в рабочую зону, где нагретый воздух используется для отопления помещений или технологических нужд отопления.

Типы сборщика

В силу различных воздушных каналов методов, коллекторы обычно классифицируются как один из трех типов:
а) проходных коллекторов,
б) передний проход,
в) заднего прохода,
г) сочетание переднего и заднего прохода коллекционеров.

Проходной коллектор воздуха

В проходных конфигурации воздух Канальные на одну сторону поглотителя проходит через перфорированную или волокнистый материал типа и нагревается с проводящими свойствами материала и конвективного свойства движущегося воздуха. Проходного поглотители имеют наиболее площадь поверхности, которая позволяет относительно высокие скорости передачи проводящих тепло, но значительное падение давления может потребовать большей мощности вентилятора, и ухудшение определенного материала поглотителя после многих лет солнечного облучения может дополнительно создать проблемы с качеством воздуха и производительность .

Задний, передний и сочетание воздушного канала коллектора

 

В обратный проход, передний проход, а сочетание конфигураций типа воздух направляется либо на задней, передней, либо на обеих сторонах поглотителя быть нагрет от возвращения к сети воздуховодов заголовков.220px-GTAA_-_SolarWall Хотя прохождение воздуха на обеих сторонах поглотителя обеспечит большую площадь поверхности для кондуктивного переноса тепла, проблемы с пылью (обрастания) может возникнуть из проходящего воздуха на передней стороне абсорбера что снижает эффективность абсорбер, ограничивая количество солнечного света, полученный . В холодном климате, воздух, проходящий рядом с остекления дополнительно вызывает большие потери тепла, что приводит к снижению эффективности работы коллектора.

Воздушные тепловые приложения

Различные приложения могут использовать солнечные технологии тепла воздух, чтобы уменьшить углеродный след от использования традиционных источников тепла, например, ископаемое топливо , чтобы создать устойчивое средство для производства тепловой энергии. Такие приложения, как отопление помещений , тепличных расширение сезона, подогрев вентиляции состав воздуха или технологического тепла можно решить с помощью солнечного тепла устройствах воздух. В области «солнечного когенерации ‘солнечные тепловые технологии в паре с фотовольтаики ( PV), чтобы увеличить эффективность системы охлаждения PV панелей для улучшения их электрических характеристик одновременно нагревания воздуха для отопления помещений.

Применение- космическое отопление

Отопление помещений для жилых и коммерческих зданий может быть сделано за счет использования солнечных батарей отопления воздух. Эта конфигурация работает, опираясь воздух из оболочки здания или из внешней среды и передачи его через коллектор, где воздух нагревается за счет теплопроводности из абсорбера, а затем подается в жилые или рабочего пространства, путем пассивного средствами или с помощью вентилятора.220px-Solar_Air_Heat_Collector
Вентиляция, свежий воздух или макияж воздуха требуется в большинстве коммерческих, промышленных и административных зданий для удовлетворения требований Кодекса. По пропускания воздуха через правильно спроектированной неглазурованными выяснилось коллектор воздуха или обогревателя солнечного подогрева свежего воздуха может уменьшить тепловой нагрузки в дневное время операции. Многие приложения в настоящее время устанавливаются, где выяснилось коллектора подогревает свежий воздух, поступающий вентилятор рекуперации тепла сократить время размораживания ВСР автора. Чем выше ваш вентиляцию и температуру лучше ваш срок окупаемости будет.

Технологическое оборудование

Солнечное тепло воздуха также может быть использован в процессе приложений, таких как сушки белья, сельскохозяйственных культур (например, чай, кукуруза, кофе) и другие сушильные приложений. Воздух, нагретый посредством солнечного коллектора, а затем передаются через среду, подлежащего сушке, может обеспечить эффективное средство с помощью которого можно уменьшить содержание влаги в материале.

Ионистор

Ионистор (супер-конденсатор, ультра-конденсатор) — конденсатор с органическим или неорганическим электролитом , «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита .
В связи с тем, что толщина двойного электрического слоя (то есть расстояние между «обкладками» конденсатора) очень мала, запасенная ионисторов энергия выше по сравнению с обычными конденсаторами того же размера. К тому же, использование двойного электрического слоя вместо обычного диэлектрика позволяет намного увеличить площадь поверхности электрода (например, путем использования пористых материалов, таких, как активированный уголь или вспененные металлы). Удельная емкость ионистора достигает — десятка фарад / куб. см , при номинальном напряжении 2-4 вольта.Supercapacitor_diagram.svg

Преимущества

С появлением ионисторов стало возможным использовать конденсаторы в электрических цепях не только как превращает элемент, но и как источник тока. Такие элементы имеют несколько преимуществ над обычными химическими источниками тока — гальваническим элементами и аккумуляторами :

  • Высокие скорости заряда и разряда.
  • Простота зарядного устройства
  • Малая деградация даже после сотен тысяч циклов заряда / разряда.
  • Малый вес по сравнению с электролитическими конденсаторами подобной емкости
  • Низкая токсичность материалов.
  • Высокая эффективность (кпд более 95%).
  • Неполярные (хотя на ионистор и указаны «+» и «-», это делается для обозначения полярности остаточного напряжения после его заряда на заводе-изготовителе).

Недостатки

  • Удельная энергия меньше, чем у традиционных источников (1-3 Вт · ч / кг при 30-40 Вт · ч / кг для батареек).
  • Напряжение зависит от степени заряженности.
  • Возможность выгорания внутренних контактов при коротком замыкании.
  • Малый срок службы (сотни часов) на предельных напряжениях заряда.
  • Большой внутренний сопротивление по сравнению с традиционными конденсаторами (50-100 Ом в ионистора 1Ф x 5,5 В)
  • Значительно больше, по сравнению с аккумуляторами саморазряд: около 1 мкА в ионистора 2Ф x 2.5В

Плотность энергии

Плотность энергии ионисторов зависит от конструкции. Например, плотность энергии ионистора ELNA 1 Ф x 5.5 В массой 4.1 г составляет 3600 Дж / ​​кг или 1Вт · ч / кг. Это в 200 раз меньше виж плотность энергии литий-ионных аккумуляторов , и в 5,6 раз больше плотности энергии электролитического конденсатора
Плотность мощности ионистора зависит от внутреннего сопротивления. У того же ионистора ELNA 1Ф x 5.5В внутреннее сопротивление составляет 30 мОм. Максимальная мощность, которую можно получить от источника энергии достигается при сопротивлении нагрузки равном внутреннему сопротивлению. Таким образом, максимальная мощность, которую можно получить от данного ионистора составляет 61 кВт / кг. Для сравнения, такой параметр в пускового свинцового аккумулятора составляет 300Вт/кг
В 1997 исследователи из CSIRO разработали супер-конденсатор, который мог хранить большой заряд за счет использования пленочных полимеров как диэлектрика . Электроды были изготовлены из углеродных нанотрубок . В обычных конденсаторов удельная энергия составляет 0,5 Вт · ч / кг, а у конденсаторов PET она была в 4 раза больше.
В 2008 году индийские исследователи разработали опытный образец ионистора на основе графеновых электродов имеет удельную энергоемкость до 32 Вт · ч / кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30-40 Вт · ч / кг)  .

Срок службы ионисторов большой. Проводились исследования по определению максимального числа циклов заряд-разряд. После 100000 циклов не наблюдалось ухудшения характеристик. Согласно недавним заявлениям сотрудников MIT, ионисторы могут вскоре заменить обычные аккумуляторы. Кроме того, в 2009 году были проведены испытания аккумулятора на основе ионистора, в котором в пористый материал были введены наночастицы железа. Полученный двойной электрический слой пропускал электроны в два раза быстрее за счет создания «туннельного эффекта».

Недавние открытия в области микро-суперконденсаторов

Использование миниатюрных суперконденсаторов ( конденсаторов большой емкости ) как замена аккумуляторных батарей может значительно повысить срок службы будущих мобильных телефонов, портативных компьютеров и другой электронной техники. Это, вероятно, станет возможным благодаря исследованиям, проведенным группой ученых из университета Дрексела (Drexel University) в Филадельфии, которые разработали новую технологию производства миниатюрных суперконденсаторов, используя методику микрообработки материалов, подобную которой используют для производства микрокристаллов полупроводниковых электронных приборов.
Аккумуляторные батареи накапливают энергию, используя химические реакции между реактивами, входящих в состав их электролита. Благодаря этому они обычно имеют большую энергетическую емкость, чем конденсаторы. Но конденсаторы накапливают энергию просто в виде электрического заряда, не подвергая изменениям свою внутреннюю структуру. Именно поэтому они могут без потери емкости вынести миллиона циклов зарядки и разряда, тогда как аккумуляторные батареи выдерживают от тысячи до нескольких тысяч таких циклов.
Технология производства миниатюрных суперконденсаторов, совместно разработанная Юрием Гоготцы (Yury Gogotsi) из университета Дрексела и Джоном Чмиола (John Chmiola), химиком из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, заключается в том, что пищеварение электродов из углеродистой пленки, нанесенной на подложку из карбида титана. Полученная таким образом поверхность электродов (обкладок) конденсаторов имеет большую площадь, благодаря чему новые суперконденсаторы имеют емкость в два раза выше, чем изготовленные по другой технологии конденсаторы большой емкости. В два раза выше емкость конденсатора объясняется тем, что конденсатор сможет накопить в два раза больше энергии.
Встроив такие микроконденсаторов большой емкости прямо в схемы электронных устройств можно значительно уменьшить габариты и вес этих устройств. Кроме этого, благодаря уникальным электрическим свойствам суперконденсаторов, эти электронные устройства функционировать дольше не вызывая необходимости замены старой аккумуляторной батареи на новую. Такие конденсаторы большой емкости, работающих параллельно с обычными аккумуляторными батареями, смогут найти применение в системах хранения энергии, полученной от возобновляемых источников энергии, значительно повышая ресурс аккумуляторных батарей.
В дальнейших планах ученых, которые продолжают работу по совершенствованию разработанной технологии, на первом плане стоит достижение емкости суперконденсаторов, связанной с емкостью аккумуляторных батарей похожих габаритных размеров. Они надеются, что как только это им удастся, несмотря на практически неисчерпаемый ресурс конденсаторов, рынок электронных устройств, электрических автомобилей и беспилотных летательных аппаратов ждет «аккумуляторная» революция.