Солнечные батареи

Преобразование солнечной энергии

Прежде всего, следует упомянуть о том, как можно выразить и оценить солнечную энергию.

Как можно оценить величину солнечной энергии?

Эксперты используют в качестве меры солнечную постоянную. Она равна 1,367 ватта. Это количество энергии солнца, приходящееся на квадратный метр планеты. Около четверти этой энергии теряется в атмосфере. Максимум на экваторе составляет 1,020 ватт на квадратный метр. С учетом дня и ночи и изменения угла падения лучей это значение все равно придется уменьшить в три раза.

Распределение солнечной радиации на карте Земли

Теории об источниках солнечной энергии сильно расходятся. В настоящее время специалисты предполагают, что энергия высвобождается при превращении четырех атомов H2 в одно ядро He. В результате этого процесса высвобождается значительное количество энергии. Представьте себе, что энергия, необходимая для сжигания 1 грамма H2, сравнима с энергией, получаемой при сжигании 15 тонн углеводородов. Вернуться к содержанию

Способы преобразования

Поскольку в настоящее время наука не располагает устройствами, работающими с солнечной энергией в чистом виде, ее необходимо преобразовать в другой вид энергии. Для этого были разработаны такие устройства, как солнечные панели и солнечные коллекторы. Батареи преобразуют солнечную энергию в электричество. Коллектор вырабатывает тепловую энергию. Существуют также модели, сочетающие эти два типа. Они называются гибридными солнечными панелями

Гибридный солнечный модуль

Ниже перечислены основные способы преобразования солнечной энергии:

• фотоэлектрический;
• гелиотермальный;
• термовоздушный;
• солнечные аэростатные электростанции.

Первый способ является наиболее распространенным. Первый способ является наиболее распространенным. В большинстве случаев они изготавливаются из кремния. В большинстве случаев толщина панелей составляет десятые доли миллиметра. Панели собираются в фотоэлектрические модули (батареи) и размещаются на солнце. В основном они устанавливаются на крышах домов. В принципе, ничто не мешает разместить их и на земле. Единственное условие — отсутствие крупных объектов, других зданий или деревьев, которые могут отбрасывать тень.

Помимо фотоэлектрических элементов, для выработки электроэнергии используются также тонкопленочные или гибкие солнечные элементы. Их преимущество — тонкость, но недостаток — меньшая эффективность. Такие модели часто используются в портативных зарядных устройствах для различных приборов.

Гибкий солнечный коллектор

Метод преобразования тепла в воздух использует поток воздуха для выработки электроэнергии. Этот воздушный поток подается в турбогенератор. В воздушном шаре водяной пар генерируется с помощью солнечной энергии. Поверхность воздушного шара покрыта специальным покрытием, которое поглощает солнечные лучи. Пар, содержащийся в воздушном шаре, позволяет им работать даже в пасмурные дни и в темноте.

Нетрадиционные источники

Среди альтернативных источников энергии выделяют энергию ветра, солнца, а также воды и земли. С их помощью дома наполняют теплом, электричеством, теплой жидкостью.

Среди всех видов альтернативных источников энергии выделяют:

• Тепловая.
• Ветра.
• Биомассы.

Энергия солнца

Энергия солнца позволяет получить максимальное количество энергии. Для ее преобразования применяют разнообразные агрегаты и установки:

• Батареи. Их используют, дабы получить электричество.
• Коллекторы. С их помощью в домашних условиях получают горячую воду.

Такие агрегаты отлично функционируют в зимний, летний период. Ведь в нашей стране немалое число ясных дней.

Солнечная батарея

Для ее подготовки применяют фотоэлектрические преобразователи. Конструируют такие элементы из минеральных веществ, которые излучают при нагреве электроны. Иногда для изготовления преобразователей применяют кремний, который отличается монокристаллической структурой.

Подготовить такие батареи, которые можно использовать, как альтернативный источник энергии, можно и собственными силами. Перед тем как приступить к работе, приобретаются кремниевые фотоэлементы. После этого осуществляется сборка. Дабы установка получилась эффективной, выполняются такие действия:

1. Конструирование каркаса. Для этих целей используются планки, уголки из сплава, древесины. На каркас располагают подложку. Если батарея монтируется в оконный проем, то для подготовки подложки применяют органическое прозрачное стекло. При размещении батареи на кровле используют подложку из окрашенной в белый цвет фанеры. Ведь в этом случае солнечная энергетика воспринимается лучше.
2. Для подсоединения отдельных элементов используют алюминиевые проводники, которыми активно используются в такой области, как электроэнергетика. На продажу проводники поступают вместе со специальными пластинами или без них. Если приобретаются проводники без пластинок, то их стоит присоединять собственными силами.
3. Батарею обязательно герметизируют, дабы альтернативная энергетика для дома была получена в полном объеме. Для этих целей применяют пленку соответствующей плотности, а также эпоксидной смолой. Перед тем как проводить процедуру герметизации, удаляют весь воздух. В том случае, если внутри присутствуют воздушные прослойки, то степень производительности батареи снижается.

Потребность в обработке подложки для батареи белым цветом возникает потому, что энергия солнечного света, которая поступает в летнее время, негативно сказывается на состоянии основных элементов. И только белый оттенок предотвращает вероятность перегрева кремниевых преобразователей.

Солнечный коллектор

Такая установка отлично подходит для нагрева воздушной массы, жидкости. Эффективная установка может быть установлена в частном доме собственными силами. При этом собственники заранее определяют, как именно будет использоваться горячая вода. К примеру, подогретая жидкость направляется в систему «теплый пол». При необходимости переработанная солнечная энергия резервируется. К солнечному коллектору можно подводить и отопительное оборудование, иной источник тепла.

Все представленные коллекторы распределены на несколько видов. Дабы подобрать наиболее эффективный, необходимо ознакомиться с ними детальнее.

Преимущества плоских коллекторов:

• Самоочищение конструкций от инея, снега, прочих осадков.
• Уровень производительности в летний период довольно высокий.
• Затраты на конструирование небольшие. При этом можно получить немало энергии дома.

Но при этом уровень тепловых потерь их довольно высокие. Поэтому энергия солнца с их помощью обрабатывается нечасто.

Современные коллекторы вакуумные обладают такими преимуществами:

• Солнечная энергетика воспринимается ими лучше. Ведь между трубками, которые включены в состав, вакуум. Поэтому и численность тепловых потерь минимизируется.
• Высокая работоспособность устройств и в зимний период. С их помощью солнечная энергетика преобразовывается круглосуточно в тепловую. Допускается возможность накапливания в соответствующий резервуар.
• Подогретая с помощью коллекторов вода используется для обогрева и иных целей. Все потому, что жидкость проходит процесс обеззараживания.
• Простота установки. Дабы солнечный генератор без проблем установить, его разделяют на отдельные элементы. В дальнейшем их можно собрать и использовать для дома своими руками.
• Повышенная надежность установки, с помощью которой преобразуется солнечная энергетика, обусловлена тщательным подбором сырья, элементов.

История развития солнечной энергетики

История развития солнечной энергетики начинается задолго до нашей эры, когда люди начали использовать тепло и свет Солнца для обеспечения своих потребностей. Один из первых способов использования солнечной энергии – это сушка продуктов на солнце.

Следующий важный этап в истории солнечной энергетики пришелся на 1839 год, когда французский ученый Эдме Беккерель обнаружил явление фотоэлектрического эффекта. В 1883 году американский изобретатель Чарльз Фритц создал первую солнечную ячейку, которая работала на основе фотоэлектрического эффекта.

В 1954 году компания Bell Labs произвела первые коммерческие солнечные батареи, которые использовались в космических аппаратах. В 1970-х годах была проведена активная работа над созданием более эффективных и дешевых солнечных батарей, что привело к резкому снижению стоимости солнечной энергии.

В настоящее время солнечная энергетика является одним из наиболее быстрорастущих и перспективных направлений в области возобновляемых источников энергии. В различных странах мира проводятся крупные инвестиции в развитие солнечной энергетики, строятся солнечные фермы и парковки, устанавливаются солнечные панели на крышах зданий и частных домов.

Этапы развития солнечной энергетики можно выделить следующие:

1. Исследования фотоэлектрического эффекта: первые научные исследования, связанные с использованием Солнца для получения энергии, начались в 19 веке. В 1839 году Эдме Беккерель открыл фотоэлектрический эффект, а в 1883 году Чарльз Фритц создал первый прототип солнечной батареи.

2. Использование солнечной энергии в космическом пространстве: первая коммерческая солнечная батарея была создана в 1954 году компанией Bell Labs для использования в космических аппаратах.

3. Создание первых солнечных систем для земного использования: в 1970-х годах проводилась активная работа над созданием более эффективных и дешевых солнечных батарей для использования на Земле.

4. Развитие технологий: в последние десятилетия технологии солнечной энергии продолжают развиваться. Например, существуют новые типы солнечных батарей, такие как кремниевые тонкие пленки и технологии с концентраторами солнечного света, которые могут значительно увеличить эффективность получения энергии от Солнца.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

5. Рост экономической эффективности: благодаря развитию технологий и росту спроса на возобновляемую энергию, стоимость солнечной энергии быстро снижается, что делает ее более экономически выгодной по сравнению со стандартными источниками энергии, такими как газ и уголь.

6. Большой потенциал для использования в массовых масштабах: солнечная энергия имеет огромный потенциал для использования в массовых масштабах, в том числе для энергоснабжения домов, предприятий и целых городов.

Как выглядит производство солнечных батарей?

Производством солнечных панелей сегодня занимаются европейские и американские компании, а также китайцы. Несмотря на множество низкокачественной продукции, в КНР выпускают много вполне приличных моделей, которые не уступают европейским/американским аналогам. Производство панелей может отличаться в зависимости от типа батареи, однако большинство солнечных панелей выполняются по следующей схеме:

1. Генерация электричества осуществляется в основном за счет кремниевых фотоэлементов. Для их создания требуется чистый кварцевый песок с высоким содержанием кремния. На начальном этапе производства его очищают и расплавляют, а на основе расплава формируют небольшие чистые блоки кремния.
2. На основе очищенного кремния выращиваются монокристаллические или поликристаллические пластины, которые имеют вид небольших квадратов в виде пластин толщиной в доли миллиметра (обычно 0,2-0,4 мм). Для выращивания таких пластин требуются значительные расходы по электричеству (около 15 кВт*ч энергии на 1 кг пластин).
3. Готовые пластины объединяют в небольшие модули, которые в дальнейшем объединяют в полноценные солнечные панели. После формирования панели проходят ряд проверок, которые позволят определить электрические свойства модулей. При обнаружении дефектов бракованные модули демонтируются и заменяются работоспособными.
4. На завершающем этапе производства модули спаиваются и покрываются защитной пленкой. При необходимости панель монтируется на металлическую раму, которая обеспечивает жесткость солнечной батареи. Фиксация панели к раме осуществляется с помощью клеевого герметика.

Характеристики солнечной панели

Солнечные системы: конструкция и эксплуатационные характеристики

Разнообразие солнечных систем можно классифицировать по следующим параметрам: способ использования солнечного излучения, способ циркуляции теплоносителя, количество контуров и сезонность эксплуатации.

Активно-пассивный комплекс

В любой системе преобразования солнечной энергии предусмотрен солнечный коллектор. По способу использования полученного тепла различают два типа гелиокомплексов: пассивные и активные.

Первый тип – это солнечные тепловые системы, в которых элементы конструкции здания выступают в роли теплопоглощающего элемента солнечного излучения. Крыша, стена коллектора или окна используются в качестве поверхности для приема солнечной энергии.

Схема низкотемпературной пассивной солнечной системы со стенкой коллектора: 1 – солнечные лучи, 2 – полупрозрачный экран, 3 – воздушный барьер, 4 – нагретый воздух, 5 – потоки вытяжного воздуха, 6 – тепловое излучение от стены, 7 – теплопоглощающая поверхность стенки коллектора, 8 – декоративные жалюзи

В европейских странах пассивные технологии используются при строительстве энергоэффективных зданий. Солнечные приемные поверхности украшены фальшивыми окнами. За стеклянной крышкой – почерневшая кирпичная стена с светлыми проемами.

Элементы конструкции – стены и потолок, утепленные снаружи пенополистиролом, – действуют как аккумуляторы тепла.

Активные системы предполагают использование независимых устройств, не относящихся к конструкции.

К этой категории относятся рассмотренные выше комплексы с плоскими трубчатыми коллекторами – солнечные тепловые системы, как правило, располагаются на крыше здания

Радиаторные и циркуляционные системы

Гелиотепловое оборудование с естественным движением теплоносителя по контуру коллектор-аккумулятор-коллектор осуществляется конвекцией: горячая жидкость малой плотности поднимается вверх, охлажденная течет вниз.

В радиаторных системах бак-накопитель располагается над коллектором, обеспечивая самопроизвольную циркуляцию теплоносителя.

Схема работы присуща одноконтурным сезонным системам. Радиатор в сборе не рекомендуется использовать для коллекторов площадью более 12 кв

Солнечная система, управляемая гравитацией, имеет ряд недостатков:

• риск перегрева бака из-за неконтролируемого процесса нагрева;
• в пасмурные дни производительность комплекса снижается – для движения теплоносителя требуется большой перепад температур;
• потеря тепла из-за медленного движения жидкости;
• нестабильность коллектора;
• сложность размещения накопительного бака: при его установке на крыше возрастают теплопотери, ускоряются коррозионные процессы, есть опасность промерзания труб.

Капитальные затраты на устройство солнечной системы с (принудительной) циркуляцией намного выше, чем на установку безнапорного комплекса. Насос «перерезает» контур, обеспечивая движение теплоносителя. Работа насосной станции контролируется контроллером.

Вырабатываемая в принудительном комплексе дополнительная тепловая мощность превышает мощность, потребляемую насосным оборудованием. Эффективность системы увеличится на треть

Этот тип циркуляции используется в двухконтурных гелиотермических системах круглый год.

Преимущества полнофункционального комплекса:

• возможность работать вне сезона;
• неограниченный выбор месторасположения накопительной емкости;
• подбор оптимального режима отопления;
• безопасность – блокировка работы при перегреве.

Недостаток системы – зависимость от электричества.

Техническое решение схем: одно- и двухцепное

В одноконтурных системах циркулирует жидкость, которая впоследствии подается к точкам водозабора. Зимой воду из системы необходимо слить, чтобы предотвратить замерзание и разрыв труб.

Характеристики одноконтурных гелиотермических комплексов:

• коррозия из-за избытка воздуха в воде;
• желательно «заполнить» систему не жесткой очищенной водой: осаждение солей на стенках труб приводит к засорению каналов и разрыву коллектора;
• ограниченный срок службы – от четырех до пяти лет;
• высокий КПД летом.

В двухконтурных гелиокомплексах циркулирует специальный теплоноситель (незамерзающая жидкость с антипенными и антикоррозийными присадками), передающая тепло воде через теплообменник.

Схемы одноконтурной (1) и двухконтурной (2) солнечной системы. Второй вариант отличается повышенной надежностью, возможностью работы зимой и продолжительностью эксплуатации (20-50 лет)

Нюансы эксплуатации двухконтурного модуля: небольшое снижение КПД (на 3-5% меньше, чем в одноконтурной системе), необходимость полной замены теплоносителя каждые 7 лет.

Солнечная энергетика в России и мире

Ввиду слабой развитости альтернативной солнечной энергетики в России, крупных СЭС на территории страны немного. Наиболее мощные среди них:

• Оренбургская (Оренбург) – 135 МВт после запуска третьей очереди;
• Старомарьевская (Ставрополье) – 100 МВт;
• Самарская (Самарский край) – 75 МВт.

Для сравнения, крупнейшими солнечными парками в мире (уже работающими на полную мощность либо строящимися) являются:

• Картнатака (Индия) – 2,0 ГВт – запуск последней очереди 2024 г.;
• Нубийская (Египет) – 1,8 ГВт – срок завершения 2022 г.;
• Tengger Desert (Китай) – 1,55 ГВт, функционирующий.
• Рашид Аль Мактум (ОАЭ) – 1,0 ГВт – к 2030 планируется расширение до 6,0ГВт.
• Лунь-Ян-Сян (Китай) – 0,85 ГВт, функционирует.

Принципы использования и направления разработок гелиоэнергетики

Использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии может стать важным направлением в энергосбережении. Одним из таких источников является солнечная энергия, которая испускается в виде электромагнитного излучения.

Определение 1

Гелиоэнергетика – это получение тепловой или электрической энергии за счет солнечной.

Ресурсы солнечной энергии неограниченны. По подсчетам, количество энергии, достигшей поверхности Земли в течение всего минуты превышает количество энергии других источников на протяжении года. Использование солнечной энергии позволяет экономить до 75% традиционного топлива в год.

Чтобы эффективно использовать солнечную энергию, разработано большое количество установок. Широкому применению этих установок мешает высокая цена, которая обусловлена практически отсутствием серийного производства. Кроме того, низкая цена на традиционные виды топлива тоже оказывает влияние на применение таких установок.

В последнее время в мире применяется практика строительства зданий с использованием гелиоустановок. В этом случае важным критерием при строительстве является выбор территории, где будет размещаться здание.

Электричество и тепло из солнечного излучения получают следующими способами:

• при помощи фотоэлементов – приборов, преобразующих энергию фотонов в электрическую.
• при помощи тепловых машин: паровых машин, использующих водяной пар, фреоны, пропан-бутан, углекислый газ и т.д., двигателя Стирлинга
• при помощи нагрева поглощающей солнечные лучи поверхности. В дальнейшем полученное тепло распределяется и используется. Например, ими могут коллекторы, в которых нагревается вода. Также теплоноситель может накапливаться в специальных аккумуляторах и использоваться по необходимости.
• при помощи термовоздушных электростанций, в которых солнечная энергия преобразуется в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор
• при помощи солнечных аэростатных электростанций. Поверхность аэростата имеет селективно-поглощающее покрытие. На счет нагрева поверхности аэростата солнечным излучением происходит генерация пара внутри баллона аэростата. Преимуществом этого способа является наличие достаточного запаса пара в баллоне для работы электростанции в темное время суток и в пасмурную погоду.

Замечание 1

Экологическая чистота и неисчерпаемость являются большим преимуществом использования солнечной энергии.

В настоящее время активно ведется разработка гелиоэнергетических систем в двух направлениях:

• совершенствование солнечных батарей
• создание энергетических концентраторов.

Работа по созданию энергетических концентраторов включает разработку систем, которые действуют по принципу концентрации энергии. В этом случае солнечная энергия фокусируется на небольшом фотоэлектрическом элементе. Примером такой системы являются фотоэлектрические системы с линзой Френеля.

Генератором солнечной энергии является солнечная батарея. Принцип ее работы состоит в прямом преобразовании электромагнитного излучения солнца в тепло или электричество. При этом происходит генерация постоянного тока. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом. Существует несколько видов солнечных батарей:

• фотоэлектрические преобразователи – устройства, которые напрямую преобразуют солнечную энергию в электричество
• гелиоэлектростанции. Эти установки используют солнечное излучение для приведения в действие тепловых, паровых, газотурбинных, термоэлектрических и других машин.
• солнечные коллекторы.

Самыми известными компаниями, занимающимися производством солнечных батарей, являются Kyocera, Siemens, BP SolarSharp, Solarex, Shell и другие. Необходимость в надежной, экологически чистой энергии мотивирует на активные поиски и разработку новых технологий.

Состояние альтернативной энергетики в России

По сравнению со странами ЕЭС, Россия отстает во внедрении альтернативной энергетики. Разработки СССР были заброшены в 90-е годы из-за распада страны. Новые исследования получают недостаточное практическое применение. Развитие альтернативной энергетики в России сдерживается относительной доступностью традиционного топлива.

Немаловажную роль играет сложность в финансировании разработки и строительства новых объектов, когда можно получать энергию на действующих электростанциях. Дорогой кредит также сдерживает инвестиции в новые проекты. Сказывается и нехватка кадров с опытом работы в этой сфере. Несмотря на проблемы российской альтернативной энергетики, ее доля в энергобалансе страны увеличивается. В перспективе энергия ветра может обеспечивать до 10% энергопотребления страны.

Преобразование солнечной энергии в электричество

Фотоэлектрические (PV) панели и концентрация солнечной энергии (CSP) объектов захвата солнечного света могут превратить его в полезную электроэнергию. Крыши PV панели делают солнечную энергию жизнеспособной практически в каждой части Соединенных Штатов. В солнечных местах, таких как Лос-Анджелес или Феникс, система 5 киловатт производит в среднем 7000 до 8000 киловатт-часов в год, что примерно эквивалентно использованию электроэнергии типичного домохозяйства США.

Фотовольтарика

В этом случае электрический ток появляется вследствие фотовольтарического эффекта. Принцип такой: солнечный свет попадает на фотоэлемент, электроны поглощают энергию фотонов (частиц света) и приходят в движение. В итоге мы получаем электрическое напряжение.

Именно такой процесс происходит в солнечных панелях, основу которых составляют элементы, преобразующие солнечное излучение в электричество.

Сама конструкция фотовольтарических панелей достаточно гибкая и может иметь разные размеры. Поэтому в использовании они очень практичны. К тому же панели имеют высокие эксплуатационные свойства: устойчивы к воздействию осадков и перепадам температур.

А вот как устроен отдельный модуль солнечной панели:

Гелиотермальная энергетика

Тут подход немного другой, т.к. солнечное излучение используется для нагревания сосуда с жидкостью. Благодаря этому она превращается в пар, который вращает турбину, что приводит в выработке электричества.

Самый наглядный пример использования данной технологии – это станция Иванпа Солар в пустыне Мохаве. Она является крупнейшей в мире солнечной гелиотермальной электростанцией.

Работает она с 2014 года и не использует никакого топлива для производства электричества – только экологически чистая солнечная энергия.

Котёл с водой располагается в башнях, которые Вы можете видеть в центре конструкции. Вокруг расположено поле из зеркал, направляющих солнечные лучи на вершину башни. При этом компьютер постоянно поворачивает эти зеркала в зависимости от расположения солнца.

Солнечный свет концентрируется на башне

Под воздействием концентрированной солнечной энергии вода в башне нагревается и становится паром. Так возникает давление, и пар начинает вращать турбину, вследствие чего выделяется электричество. Мощность этой станции – 392 мегаватт, что вполне можно сопоставить со средней ТЭЦ в Москве.

Солнечные аэростатные электростанции

Это оригинальное решение хоть и не получило широкого применения, но всё же имеет место быть.

Сама установка состоит из 4 основных частей:

• Аэростат – располагается в небе, собирая солнечное излучение. Внутрь шара поступает вода, которая быстро нагревается, становясь паром.
• Паропровод – по нему пар под давлением спускается к турбине, заставляя её вращаться.
• Турбина – под воздействием потока пара она вращается, вырабатывая электрическую энергию.
• Конденсатор и насос – пар, прошедший через турбину, конденсируется в воду и поднимается в аэростат с помощью насоса, где снова разогревается до парообразного состояния.

Гелиоэнергетика

Солнечные электростанции (СЭС) – одни из самых распространенных на планете, так как используют неисчерпаемый источник энергии (солнечный свет). В процессе выработки электричества, а при необходимости еще и тепла для обогрева жилых помещений и подачи горячей воды, они не наносят никакого вреда окружающей среде. Но существует обратная сторона медали: утилизация отработавших свое солнечные батарей процесс затратный и уж точно не экологически чистый.

Солнечные панели зачастую встраивают прямо в крыши жилых домов

Сильно зависима гелиоэнергетика от погоды и времени суток: в дождливый день и, уж тем более, ночью электричество особо-то не покачаешь. Приходится запасаться аккумуляторными батареями, что удваивает стоимость установки солнечных панелей, например, на даче.

Лидерами в популяризации гелиоэнергетики являются Германия, Испания и Япония. Понятное дело, что преимущество тут имеют южные страны, где солнце жарко светит почти круглый год. Германия же традиционно занимает лидирующие позиции в альтернативной энергетике, поэтому даже на СЭС в этой в целом-то холодной стране делается большая ставка.

Солнечная ферма Охотниково: живописный Крым заблестел словно огромное зеркало

Приятно, что в вопросах гелиоэнергетики Украина не пасет задних. В Крыму находится сразу несколько крупных СЭС: Перово (мощность 100 МВт, 11 место в мировом рейтинге), Охотниково (80 МВт, 22 место) и Приозерная (55 МВт, 42 место). Безоговорочными же лидерами являются американские Агуа-Калиенте и Калифорнийская Долина, мощностью по 250 МВт каждая.

Мощнейшая в мире солнечная электростанция Агуа-Калиенте (штат Аризона)

Идеальное излучение

Чтобы решить проблему поглощения светоэлементом всего спектра излучения Солнца, команда исследователей из Хайфа (Израиль) предложили нестандартное решение. В опытах они решили преобразовать солнечный свет в идеальное излучение. Для этого они разработали и применили уникальный фотолюминесцентный материал. Подобная технология используется в светодиодных лампах, где диодное свечение поглощается люминофором и преобразовывается в свечение, оптимальное для восприятия человеком. В случае с элементом, материал преобразует весь спектр излучения в свет, идеально поглощающийся панелью. По утверждению молодых ученых, преобразование света позволит увеличить конверсию в электричество до 50%.

Многослойные панели для установки на крыше

Ранее ученые из университета Нового Южного Уэльса предложили концентрировать излучение Солнца с помощью зеркал. Такая методика позволила значительно увеличить эффективность работы элементов. Сегодня эта технология применяется на множестве СЭС, однако для батарей, устанавливаемых на крышах частных домов, такая конструкция невозможна. Увеличить эффективность преобразования неконцентрированного света до 53% предложили разработчики германского научного центра Agora Energiewende.

В основе их изобретения лежит многослойная панель способная поглощать 4 диапазона света. Специальный преломляющий слой отражает инфракрасный спектр к кремниевой части и пропускает остальной свет к трехслойной панели. Первый слой ‒ индий-галлий-фосфид, второй – индий-галлий-арсенид и третий ‒ германий. Каждый поглощает свет в определенном диапазоне, и в результате получается «выжать» максимум энергии.

Теоретически конструкция идеальна, но на практике для применения на крыше возникли проблемы со сложностью обслуживания. Пока разрабатываемая для частного сектора батарея больше подходит для электростанций, но работы по ее усовершенствованию продолжаются.

Энергия днем и ночью

Особое внимание многих научных изданий привлекли разработки китайских ученых. Это не удивительно, ведь Китай в этой области держит первенство и является крупнейшим поставщиком солнечных панелей, пользующихся спросом по всему миру

Китайские разработчики предложили панель, работающую не только в светлое время суток, но и ночью. Секрет заключается в слое люминофора с длительным послесвечением. Днем непоглощённый фотоэлементом свет задерживается люминофором, который светится ночью, отдавая энергию фотоэлементам. Хотя ночное КПД составляет всего 25%, такие батареи смогут значительно повысить эффективность солнечной энергетики.

Условия для работы и повышения эффективности

Расчет и монтаж гелиосистемы лучше доверить профессионалам. Соблюдение техники установки обеспечит работоспособность и получение заявленной производительности. Для улучшения эффективности и периода службы надо учесть некоторые нюансы.

Термостатический клапан. В традиционных системах теплоснабжения термостатический элемент редко устанавливается, так как за регулировку температуры отвечает теплогенератор. Однако при обустройстве гелиосистемы о защитном клапане забывать нельзя.

Нагрев бака до максимальной допустимой температуры повышает производительность коллектора и позволяет задействовать солнечное тепло даже при пасмурной погоде

Оптимальное размещение клапана – 60 см от нагревателя. При близком расположении «термостат» нагревается и блокирует подачу горячей воды.

Размещение бака-аккумулятора. Буферная емкость ГВС должна устанавливаться в доступном месте

При размещении в компактном помещении особое внимание уделяется высоте потолков

Минимальное свободное пространство над баком – 60 см. Этот зазор необходим для обслуживания аккумулятора и замены магниевого анода

Установка расширительного бака. Элемент компенсирует температурное расширение в период стагнации. Установка бака выше насосного оборудования спровоцирует перегрев мембраны и ее преждевременный износ.

Оптимальное место для расширительного бачка – под насосной группой. Температурное воздействие при таком монтаже значительно сокращается, и мембрана дольше сохраняет эластичность

Подсоединение гелиоконтура. При подключении труб рекомендуется организовать петлю. «Термопетля» сокращает теплопотери, препятствуя выходу разогретой жидкости.

Технически правильный вариант реализации «петли» гелиоконтура. Пренебрежение требованием становится причиной понижения температуры в баке-аккумуляторе на 1-2°С за ночь

Обратный клапан. Предупреждает «опрокидывание» циркуляции теплоносителя. При недостатке солнечной активности обратный клапан не дает рассеиваться теплу, накопленному днем.

Принцип преобразования солнечной энергии, её применение и перспективы

Традиционных источников энергии в мире становится все меньше и меньше. Запасы нефти, газа и угля на исходе, и тенденция такова, что рано или поздно они закончатся. Если к тому времени мы не найдем альтернативные источники энергии, человечество столкнется с катастрофой. Именно поэтому все развитые страны ведут исследования по поиску и разработке новых источников энергии. В первую очередь это солнечная энергия. С древних времен эта энергия использовалась людьми для освещения домов, сушки пищи и одежды и т.д. Сегодня солнечная энергия является одним из самых перспективных источников альтернативной энергии. Сегодня уже существует несколько проектов, позволяющих преобразовывать солнечную энергию в электричество или тепло. Этот сектор постепенно растет и развивается, но, как и везде, существуют проблемы. Все они рассмотрены в этой статье.

Проблема заключается в том, что солнце является нерегулярным источником энергии. Поэтому энергию необходимо накапливать и использовать в сочетании с другими источниками энергии. Основная проблема сегодня заключается в том, что современные установки имеют низкую эффективность преобразования солнечной энергии в электричество и тепло. Поэтому все разработки направлены на повышение эффективности этих систем и снижение их стоимости.

Вот он — возобновляемый источник энергии

Кстати, многие ресурсы на нашей планете получаются из солнечной энергии. Например, ветер, еще один возобновляемый ресурс, не дул бы без солнца. Испарение воды и ее хранение в реках также происходит благодаря солнцу. Хорошо известно, что вода используется для производства гидроэлектроэнергии. Биотопливо также не существовало бы без солнца. Таким образом, солнце является не только прямым источником энергии, но и оказывает влияние на другие сферы энергетики

Солнце посылает излучение на поверхность нашей планеты. Из широкого спектра излучения до поверхности Земли доходят 3 типа волн:

• Световые. В спектре излучения их примерно 49 процентов;
• Инфракрасные. Их доля также 49 процентов. Благодаря этим волнам наша планета нагревается;
• Ультрафиолетовые. В спектре солнечного излучения их примерно 2 процента. Они невидимы для нашего глаза.