Материал: Изучение механизма работы солнечных элементов, их соединений – батарей

Это означает, что функцию нагрузки выполняет теперь элемент D. В результате элемент D разогревается и при достаточно сильном разогреве может выйти из строя (взорваться). В итоге у нас остается батарея из последовательной цепочки с одним бездействующим элементом.

Эффективный путь решения этой проблемы - параллельное подключение шунтирующих диодов ко всем элементам, как это показано на рисунке 6. Диоды подключены так, что при работе солнечного элемента они обратно смещены напряжением самого элемента. Поэтому через диод ток не протекает, и батарея функционирует нормально.

Рисунок 6 - параллельное подключение шунтирующих диодов ко всем СЭ

Предположим теперь, что один из элементов затеняется. При этом диод оказывается прямо смещенным и через него протекает в нагрузку ток в обход неисправного элемента. Конечно, выходное напряжение всей цепочки уменьшится, но устранится источник саморазрушающей силы.

Дополнительное преимущество состоит в том, что батарея продолжает нормально функционировать. Без шунтирующих диодов она бы полностью вышла из строя.

На практике нецелесообразно шунтировать каждый элемент батареи. Необходимо руководствоваться соображениями экономии и использовать шунтирующие диоды, исходя из разумного компромисса между надежностью и стоимостью.

Как правило, один диод используют для защиты 1/4 батареи. Таким образом, на всю батарею требуется всего 4 диода. В этом случае эффект затенения будет приводить к 25%-ному (вполне допустимому) снижению выходной мощности. [6]

. Применение СЭ

Сфера применения солнечных преобразователей для выработки электроэнергии расширяется с каждым годом.

В удаленных районах при отсутствии централизованного электроснабжения солнечные батареи служат наиболее рентабельным и надежным источником электроэнергии, как для индивидуальных строений, так и для предприятий малого и среднего бизнеса, для работы насосных установок, на фермах в качестве электроизгороди и т.д.

В городах и крупных населенных пунктах уже не редкость генерация электроэнергии для энергообеспечения жилых зданий и офисов, промышленное производство электроэнергии для сетей централизованного электроснабжения. Все более популярным становится использование солнечных батарей в резервных системах электроснабжения. Однако, и в отдаленных, и в подсоединенных к централизованным сетям районах, фотоэлектрические системы являются источником чистой энергии, не загрязняющей окружающую среду подобно тепловым электростанциям.

Разнообразие типов фотоэлементов с различными техническими характеристиками дало возможность найти им применение в самых различных областях человеческой жизнедеятельности. Солнечная энергия используется давно и повсеместно. Энергией солнечных батарей питаются такие объекты, как автономные ретрансляторы сотовой связи, дорожные знаки, элементы дорожной разметки и освещения рекламных щитов, уличные и садовые фонари, полицейские блокпосты, буи и многое другое.

В течение многих лет кремниевые и другие виды фотоэлементов работают на космических спутниках, кораблях, луноходах, автоматических исследовательских станциях, зондах. Космос является одним из базовых направлений практического использования солнечных батарей.

Примером использования солнечных фотоэлектрических преобразователей является зарядка аккумуляторов разнообразных мобильных устройств. Портативные солнечные батареи на гибких фотоэлементах, как нельзя лучше, справляются с этой задачей.

Перспективная разработка датских инженеров, создавших фонари на солнечных батареях, которые производят большее количество энергии, чем расходуют на освещение, вызвала вполне понятный интерес. Принцип действия необычных светильников SunMast основан на выработке электроэнергии солнечными элементами, покрывающими всю поверхность столба. Инвертор, преобразующий постоянный ток, генерируемый солнечными батареями, в переменный, размещается у основания каждого столба. Избыток вырабатываемого электричества передается в общую сеть. Днем «Солнечные мачты» переправляют электроэнергию в общую сеть, а ночью подпитываются от нее же.

Каждая такая «Солнечная мачта» высотой 8 метров вырабатывает и передает в общую сеть около 250 киловатт-часов в год.

Использование солнечных батарей, как показала практика, оказалось оправданным не только с технической, но и экономической точки зрения, зарекомендовав себя с самого начала промышленного применения фотоэлементов, как реальную альтернативу углеводородным видам топлива.

Использование солнечных батарей в строительстве может занять немалый сегмент строительного рынка, учитывая привлекательность для широкого потребителя новых разработок в этой области. Легкие и эластичные кровельные плиты с интегрированными в них фотоэлементами, несущие стены и перегородки, выполняющие функции солнечных батарей - эти и другие новинки знаменуют собой качественно новый скачок в области солнечной энергетики, позволяющий энергии Солнца стать частью нашей повседневной жизни. [7]

. Проблемы, связанные с использованием СЭ

КПД солнечных батарей низкий и лежит в пределах 10 - 20 %. Солнечные батареи с наибольшим КПД изготавливаются на основе монокристалла и поликристалла кремния толщиной в 300 мкм. Именно КПД таких батарей достигает 20%. Однако кремниевые батареи имеют существенный недостаток - они хрупкие и не обладают гибкостью.

На работу солнечных батарей может негативно влиять ряд факторов. К примеру, с ростом температуры снижается КПД фотоэлементов. Это притом, что солнечные батареи как раз-то и устанавливают в жарких солнечных странах. Таким образом, применение СЭ приводит к некоторым противоречиям.

Также проблемой для более широкого распространения СЭ является то, что некоторые перспективные материалы трудно получить в необходимых для создания СЭ количествах из-за ограниченности природных запасов исходного сырья и сложности его переработки. Отдельные методы улучшения энергетических и эксплуатационных характеристик СЭ, например, за счёт создания сложных структур, плохо совместимы с возможностями организации их массового производства при низкой стоимости и т.д.

Высокая производительность может быть достигнута лишь при организации полностью автоматизированного производства СЭ, например, на основе ленточной технологии, и создании развитой сети специализированных предприятий соответствующего профиля, т.е. фактически целой отрасли промышленности, соизмеримой по масштабам с современной радиоэлектронной промышленностью. Изготовление солнечных элементов и сборка солнечных батарей на автоматизированных линиях обеспечит снижение себестоимости модуля в 2-2,5 раза. [5]

Список используемой литературы

1. Как устроена солнечная батарея? - Электрон. дан. - Режим доступа: http://energomir.net/alternativnaya-energetika/princip-raboty-solnechnoj-batarei.html -

. М.С. Соминский. Полупроводники. Солнечная батарея. - Электрон. дан. - Режим доступа: http://sensorse.com/page40.html

. Справочник по проектированию солнечных батарей/ Раушенбах Г.: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 360 с.

. Солнечные элементы. Принципы работы солнечных батарей? - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.gigavat.com/ses_battery.php

. Принцип работы солнечных батарей - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.windsolardiy.com/fabrichnie-solnechnie-batarei/printsip-raboti-solnechnich-batarey.html

. Основные принципы работы солнечных элементов и их включение Электрон. дан. - Режим доступа: http://radiostorage.net/?area=news/1308

. Области применения солнечных батарей - Электрон. дан. - Режим доступа: http://www.solarbat.info/solnechnie-batarei-i-moduli/oblasti-primenenia-solnechnix-batarei