Строение солнечной батареи: Как работают солнечные батареи — Naked Science

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.

Солнечные батареи: как это работает

Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Как устроены, какими бывают и на что способны современные солнечные батареи, вы узнаете из этой статьи.

Зміст

• 1 История создания
• 2 Принцип работы
• 3 Существующие разновидности
• 4 Крупнейшие производители
• 5 Выводы

История создания

Так исторически сложилось, что солнечные батареи – это уже вторая попытка человечества обуздать безграничную энергию Солнца и заставить ее работать себе на благо. Первыми появились солнечные коллекторы (солнечные термальные электростанции), в которых электричество вырабатывает нагретая до температуры кипения под сконцентрированными солнечными лучами вода.

Курс

POWER BI

Приборкайте Power BI і прогнозуйте майбутнє своєї компанії.

РЕЄСТРУЙТЕСЯ!

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

Солнечные же батареи производят непосредственно электричество, что намного эффективнее. При прямой трансформации теряется значительно меньше энергии, чем при многоступенчатой, как у коллекторов (концентрация солнечных лучей, нагрев воды и выделение пара, вращение паровой турбины и только в конце выработка электричества генератором).

Современные солнечные батареи состоят из цепи фотоэлементов – полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию напрямую в электрический ток. Процесс преобразования энергии солнца в электрической ток называется фотоэлектрическим эффектом.

Данное явление открыл французский физик Александр Эдмон Беккерель в середине XIX века. Первый же действующий фотоэлемент спустя полвека создал русский ученый Александр Столетов. А уже в двадцатом столетии фотоэлектрический эффект количественно описал не требующий представления Альберт Эйнштейн.

Беккерель, Столетов и Эйнштейн – именно этому «трио» ученых мы обязаны созданием солнечных батарей

 

Принцип работы

Полупроводник – это такой материал, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо наоборот, их не хватает (p-тип). Соответственно, полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух слоев с разной проводимостью. В качестве катода используется n-слой, а в качестве анода – p-слой.

Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Именно лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаясь в n-слой.

Схема работы фотоэлемента

Первым в истории фотоэлектрическим материалом был селен. Именно с его помощью производили фотоэлементы в конце XIX и начале XX веков. Но учитывая крайне малый КПД (менее 1 процента), селену сразу же начали искать замену.

Массовое же производство солнечных батарей стало возможным после того как телекоммуникационная компания Bell Telephone разработала фотоэлемент на основе кремния. Он до сих пор остается самым распространенным материалом в производстве солнечных батарей. Правда, очистка кремния – процесс крайне затратный, а потому мало-помалу пробуются альтернативы: соединения меди, индия, галлия и кадмия.

Селен – исторически первый, а кремний – самый массовый материал в производстве фотоэлементов

Понятное дело, что мощности отдельных фотоэлементов недостаточно, чтобы питать мощные электроприборы. Поэтому их объединяют в электрическую цепь, тем самым формируя солнечную батарею (другое название – солнечная панель).

На каркас солнечной батареи фотоэлементы крепятся таким образом, чтобы их в случае выхода из строя можно было заменять по одному. Для защиты от воздействия внешних факторов всю конструкцию покрывают прочным пластиком или закаленным стеклом.

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

 

Существующие разновидности

Классифицируются солнечные батареи по мощности вырабатываемого электричества, которая зависит от площади панели и ее конструкции. Мощность потока солнечных лучей на экваторе достигает 1 кВт, тогда как в наших краях в облачную погоду она может опускаться ниже 100 Вт. В качестве примера возьмем средний показатель (500 Вт) и в дальнейших расчетах будем отталкиваться от него.

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

Самым низким коэффициентом фотоэлектрического преобразования обладают аморфные, фотохимические и органические фотоэлементы. У первых двух типов он равен примерно 10 процентам, а у последнего – всего лишь 5 процентам. Это означает, что при мощности солнечного потока в 500 Вт солнечная панель площадью один квадратный метр будет вырабатывать соответственно 50 и 25 Вт электроэнергии.

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

В противовес вышеупомянутым типам фотоэлементов выступают солнечные батареи на основе кремниевых полупроводников. Коэффициент фотоэлектрического преобразования на уровне 20%, а при благоприятных условиях — и 25% для них привычное дело. Как результат, мощность метровой солнечной панели может достигать 125 Вт.

Гоночный электромобиль Honda Dream на солнечных батареях появился еще в 1996 г.

Конкурировать по мощности с кремниевыми солнечными батареями способны разве что решения на основе арсенида галлия. Используя это соединение, инженеры научились создавать многослойные фотоэлементы с КФП свыше 30% (до 150 Вт электричества с квадратного метра).

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

Если же говорить о площади солнечных батарей, то существуют как миниатюрные «пластинки» мощностью до 10 Вт (для частой транспортировки), так и широченные «листы» на 200 Вт и более (сугубо для стационарного использования).

Беспилотный самолет, разработанный NASA Ames Research Center, способен на солнечной энергии пролететь от восточного побережья США до западного

На работу солнечных батарей может негативно влиять ряд факторов. К примеру, с ростом температуры снижается КФП фотоэлементов. Это при том, что солнечные батареи как раз-то и устанавливают в жарких солнечных странах. Получается своеобразная палка о двух концах.
Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

А если затемнить часть солнечной панели, то неактивные фотоэлементы не только прекращают вырабатывать электричество, но и становятся дополнительной, зловредной нагрузкой.
«Солнечное дерево – культурный и одновременно научный символ австрийского городка Глайсдорф

 

Крупнейшие производители

Лидерами глобального производства солнечных батарей являются компании Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar и Sharp Solar. Первые три представляют Китай, четвертая – США, а пятая, как нетрудно догадаться, является подразделением японской корпорации Sharp.

Гольфкар на солнечных батареях – бесшумное и экологически чистое средство передвижения

Американская компания First Solar не только производит солнечные батареи, но и принимает непосредственное участие в проектировании и строительстве солнечных электростанций. Мощнейшая в мире СЭС Агуа-Калиенте, которая находится в штате Аризона, США – дело рук инженеров First Solar.

Крупнейшую же украинскую СЭС «Перово» строила и снабжала солнечными панелями австрийская компания Activ Solar.

Китайская же компания Suntech прославилась тем, что готовила к летней Олимпиаде-2008 футбольный стадион под названием «Птичье гнездо» в Пекине. Вырабатываемая на протяжении дня с помощью солнечных батарей электроэнергия аккумулируется, а затем используется для освещения стадиона, полива травы на футбольном поле и работы телекоммуникационного оборудования.
Национальный стадион в Пекине густо усеян солнечными батареями производства Suntech

 

Выводы

Еще два десятилетия назад диковинкой казались микрокалькуляторы с фотоэлементами, что позволяло не менять в них «батарейку-таблетку» годами. Сейчас же мобильные телефоны со встроенной в заднюю крышку солнечной панелью никого не удивляют. А ведь это мелочь в сравнении с автомобилями и самолетами (пусть и беспилотными), которые научились передвигаться при помощи одной лишь солнечной энергии.

Будущее солнечных батарей видится точно таким же светлым, как само солнце. Хочется верить, что именно солнечные батареи позволят наконец-то вылечить смартфоны и планшеты от «розеткозависимости».

Понимание химического состава солнечных батарей (сравнение)

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

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

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

Что такое химия аккумуляторов?

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

Какие типы батарей используются для хранения солнечной энергии?

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

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

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

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

Пять основных типов солнечных батарей используются для хранения энергии:

• Литий-ионные
• Свинцово-кислотные
• Литий-железо-фосфатные (LFP)
• Никель-кадмиевые
• Другие популярные 9 0025 Проточные батареи варианты хранения солнечной энергии включают гибрид никель-металл и никель-цинк, но они имеют меньшую емкость и меньшую долговечность по сравнению с другими вариантами.

  Химия литий-ионных аккумуляторов

  Литий-ионные аккумуляторы являются одним из самых доступных вариантов технологии перезаряжаемых аккумуляторов. Универсальность и возможность адаптации размера этой батареи делают ее лидером в категории легких перезаряжаемых батарей, поэтому вы найдете ее в электромобилях, мобильных телефонах и ноутбуках.

  Эти элементы солнечной батареи содержат интеркалятное соединение лития и электролиты. Ионы лития перемещаются через электролиты к положительной клемме, где они разряжаются и меняют направление для зарядки аккумулятора. Заряд «качается» в растворе электролита вперед и назад, создавая положительный заряд для разрядки и отрицательный заряд для получения энергии для хранения.

  Преимущества использования литий-ионной технологии для солнечных батарей

  Вам следует рассмотреть возможность использования литий-ионных батарей для домашнего хранения солнечной энергии по нескольким причинам:

  • Высокая плотность энергии (удерживает больше энергии, чем другие перезаряжаемые батареи)
  • Меньше требований к обслуживанию
  • Более высокая эффективность
  • Более длительный срок службы
  • Более высокое отношение энергии к весу
  • Минимальные потери заряда, когда он не используется

  Минусы использования литий-ионной технологии для солнечных батарей

  Литий-ионные аккумуляторы имеют несколько заметных проблем:

  • Повышенный риск перегрева и пожара
  • Низкая отказоустойчивость
  • Повышенный риск для здоровья и окружающей среды

  Если литиевый компонент протекает, он токсичен для окружающей среды, людей , и животных, так как может вызвать ожоги, аллергические реакции и отравления. Правильное размещение места для хранения аккумуляторов необходимо для снижения этих рисков.

  Химия свинцово-кислотных аккумуляторов

  Свинцово-кислотные аккумуляторы состоят из элементов с пористым свинцом в растворе серной кислоты и воды. Энергия создается и разряжается путем преобразования свинца в кристаллы сульфата свинца, а затем обратно в свинец и серную кислоту, когда к клеммам подключается устройство.

  Плюсы использования свинцово-кислотной технологии для солнечных батарей

  Свинцово-кислотные батареи десятилетиями приводили в действие транспортные средства и оборудование. Они тяжелые, но служат годами при надлежащем обслуживании и зарядке, предлагая недорогую и долговечную альтернативу более продвинутым вариантам хранения. Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют много преимуществ:

  • КПД 85 % (по сравнению со средним значением 70 % для других типов перезаряжаемых аккумуляторов)
  • Возможность глубокого цикла (способность часто разряжать большую часть заряда, например, при запуске автомобиля )
  • Длительный срок службы (от 3 до 12 лет, в зависимости от технического обслуживания и использования)

  Минусы использования свинцово-кислотной технологии для солнечных батарей

  Поскольку свинцово-кислотная батарея является одной из наиболее распространенных батарей используется в автомобилях, мы знаем о многих его недостатках, в том числе:

  • Потеря электролита и воды из-за процесса выделения газа
  • Движение может повредить электроды, прикрепленные к клеммам с мягким проводом
  • Утечка серы наносит вред окружающей среде, людям и животным
  • Уменьшение зарядной способности при отрицательных температурах

  Вы можете сохранить свинцово-кислотные аккумуляторы в рабочем состоянии, храня их в соответствующем месте и обращая внимание на коррозию, температуру и уровень воды.

  Химия литий-железо-фосфатных (LFP) батарей

  Батарея LFP представляет собой тип литий-ионной батареи, в которой вместо лития и оксида кобальта используется литий, железо и фосфат. Литий, железо и фосфат взаимодействуют с графитовыми углеродными электродами, создавая химическую реакцию, необходимую для разряда электричества и принятия напряжения для хранения. Это недорогая и малотоксичная альтернатива литий-ионным батареям.

  Преимущества использования технологии LFP для солнечных батарей

  Химические изменения в ячейках литий-железо-фосфата повышают привлекательность этой батареи, обеспечивая:

  • Меньшее воздействие на человека и окружающую среду
  • Меньшая стоимость
  • Увеличенный срок службы и срок службы
  • Более высокая пиковая мощность
  • Лучшая термическая стабильность

  Термическая стабильность химического состава батареи LFP дала ему преимущество перед более распространенным литий-ионным аналогом. Его низкое воздействие на окружающую среду делает его отличным выбором для экологически сознательных пользователей и отличным дополнением к усилиям по энергосбережению.

  Минусы использования технологии LFP для солнечных батарей

  Несмотря на то, что химический состав литий-железо-фосфатных аккумуляторов в некоторых отношениях лучше, чем у литий-ионных аккумуляторов, в других он все же уступает. Это может быть предпочтительнее в ситуациях, когда тепло может вызвать проблемы, но все же не так универсально и полезно. К другим недостаткам относятся:

  • Низкая электропроводность
  • Плохая работа при низких температурах
  • Проблемы с глубоким разрядом
  • Проблемы с безопасной транспортировкой
  • Требуемая защита от элементов и температуры

  Как и в случае с литий-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:

    • Азотные примеси могут вызывать повышенный саморазряд
    • Высокое электролитическое сопротивление (преодолеваемое с развитием технологий)
    • Высокая стоимость

    Никель-кадмиевые батареи следует хранить вдали от влажных помещений, а клеммы должны содержаться в чистоте. Однако герметизация клемм для поддержания их в чистоте может привести к повышенному саморазряду и потере памяти в ячейках.

    Кроме того, перезарядка может привести к потере воды в виде газа, что снижает количество заряда, которое могут удерживать элементы. Использование дешевых зарядных устройств может быстро повредить элементы из-за перезарядки и привести к значительному сокращению срока службы.

    Химия проточной батареи

    Проточная батарея имеет уникальный состав по сравнению с другими батареями. Он состоит из двух резервуаров с химическими веществами, такими как жидкий раствор брома и водород, которые перекачиваются через мембрану, удерживаемую между двумя электродами. Ионный обмен через мембраны создает заряд, питающий клетки.

    Для такой батареи требуется достаточно места для резервуаров с химикатами, трубопроводов, которые они используют, и электрических компонентов, которые перекачивают жидкости через мембраны к клеммам.

    Плюсы использования проточной технологии для солнечных батарей

    Уникальный тип батареи имеет ряд преимуществ, в том числе:

    • Почти неограниченный срок службы
    • Более совершенная технология
    • Более гибкая компоновка
    • Не подходит для больших горючих жидкостей
    • 26 9 весы для хранения

    Эти аккумуляторы могут принести пользу крупным объектам с большим пространством, поскольку в них можно установить резервуар большего размера для хранения большего количества электролитов. Размер резервуаров увеличивает доступное хранилище, а увеличенное пространство между различными компонентами снижает взаимодействие электролитов, тем самым увеличивая срок службы.

    Минусы использования проточной технологии для солнечных батарей

    Несмотря на то, что проточные батареи кажутся отличной идеей, гибкая установка имеет ряд существенных недостатков для дома, в том числе: )

  • Большие мембранные сепараторы необходимы для увеличения скоростей заряда и разряда
  • Высокая стоимость
  • Большое пространство, необходимое для отдельных резервуаров для химикатов
  • Необходимость частого пополнения электролитов внутри резервуаров

  Какой тип солнечной батареи вам подходит?

  Взвесив все «за» и «против» пяти рассмотренных выше типов аккумуляторов, большинство согласится с тем, что литий-ионный аккумулятор — лучший выбор для хранения солнечной энергии. Он остается отраслевым стандартом для хранения солнечных батарей благодаря своей высокой емкости, длительному сроку службы и компактной конструкции.

  Если вы беспокоитесь о своем бюджете, то литий-ионные аккумуляторы могут быть не в вашем ценовом диапазоне, поэтому свинцово-кислотные аккумуляторы являются бюджетной альтернативой. Однако, несмотря на то, что он может служить много лет и имеет низкую стоимость, это более старая технология, поэтому она может не работать с высокотехнологичной установкой.

  Химический состав аккумуляторов имеет значение, когда речь идет о солнечных батареях

  Добавление аккумуляторных систем к вашей домашней солнечной электростанции — это дополнительный шаг, который вы можете предпринять, чтобы уменьшить свою зависимость от электросети, а солнечные панели и батареи могут работать вместе, чтобы обеспечить солнечную энергию. мощность, необходимая вашему дому.

  Правильный выбор солнечной батареи может означать повышенную экономию и надежность. Выбор лучшего решения для хранения аккумуляторов для ваших нужд часто сводится к составу и химическому составу аккумулятора. Важно понимать основы каждого из пяти основных типов солнечных батарей, включая их преимущества и недостатки.

  Когда придет время установить систему солнечных панелей и аккумуляторную систему хранения, проконсультируйтесь со специалистами по солнечной энергии в компании Palmetto. У нас есть опыт и ноу-хау для эффективной, быстрой и правильной установки правильной батареи для удовлетворения ваших долгосрочных потребностей в энергии. Мы даже предлагаем нашу услугу Palmetto Protect, чтобы вы могли получать постоянную поддержку и техническое обслуживание, которых вы заслуживаете.

  Чтобы узнать, насколько вы можете снизить счета за электроэнергию в своем доме, перейдя на солнечную энергию, начните сегодня с помощью нашего бесплатного инструмента Solar Design & Savings Estimate.

  Типы солнечных батарей: химия и соединение

  Аккумулятор энергии  |

  Хранилище 101  |

  Типы батарей

  Последнее обновление 17.09.2021

  Точно так же, как существуют разные типы батарей для бытовой техники и гаджетов — вы же не стали бы вставлять батарейки типа A в часы или мобильный телефон, не так ли? — существуют разные типы батарей для солнечных батарей и аккумуляторов. Следует помнить о двух основных различиях: химический состав батареи и тип связи батареи по переменному или постоянному току. Какой аккумулятор вам подходит, зависит от того, когда вы устанавливаете аккумулятор (в качестве модернизации существующей системы солнечных панелей или как часть новой), как часто вы планируете его использовать (каждый раз вы заряжаете и разряжаете его). день или каждую неделю), и сколько места у вас есть (целый гараж/сарай или просто немного места на стене).

  Узнайте, сколько стоит солнечная энергия + хранение в вашем районе в 2021 году

  Типы батарей: основные варианты

  Изделия для хранения энергии бывают всех форм и размеров и используют различные химические вещества для хранения электроэнергии. Как более подробно объясняется в нашей следующей статье «Как работают батареи?», батареи накапливают электричество, перетягивая ионы из одного соединения в другое, и разряжают электричество, обращая этот поток во внешнюю цепь. Это сложное предложение для переваривания, но сейчас вам нужно знать, что когда мы говорим о «химии» батареи, мы говорим о соединении, которое используется для хранения электроэнергии.

  Когда большинство людей говорят о различных типах солнечных батарей, они обычно имеют в виду  химический состав батарей . Различные типы аккумуляторов различаются в первую очередь плотностью мощности, т. е. тем, сколько электричества они хранят в определенном пространстве. Основные химические вещества, которые вы увидите в домашних батареях:

  • Свинцово-кислотные батареи
  • Литий-ионные батареи
  • Проточные батареи

  Свинцово-кислотные батареи

  Свинцово-кислотные аккумуляторы — самый старый тип аккумуляторов в этом списке: они существуют с 19 века! В свинцово-кислотных батареях используются различные типы соединений свинца на двух отдельных электродах (положительном и отрицательном) и кислый электролит — отсюда и «свинцово-кислотный». Аккумуляторы такого типа не отличаются высокой плотностью энергии (они занимают много места) и не предназначены для постоянной полной разрядки (т. е. глубина разряда составляет всего 50 %). Тем не менее, свинцово-кислотные аккумуляторы уже давно используются в автомобилях в качестве основного источника питания для обеспечения импульса мощности, необходимого для запуска вашего бензинового двигателя.

  Литий-ионные батареи

  Если у вас дома или на работе есть солнечная батарея, это почти наверняка литий-ионная батарея. Ион-литий является основным химическим веществом, используемым в батареях, предлагаемых основными игроками на современном рынке парных солнечных батарей, такими как Tesla, LG Chem, Generac, Panasonic и многими другими. Эти батареи используют соединения лития в качестве электрода и называются ионно-литиевыми батареями из-за того, как они используют поток ионов от соединения лития для накопления энергии. Категория ионно-литиевых батарей на самом деле охватывает ряд различных химических элементов, каждый из которых имеет несколько разные характеристики. Двумя наиболее популярными типами литий-ионных аккумуляторов являются литий-никель-марганцево-кобальтовый оксид, или NMC, аккумуляторы и литий-железо-фосфат, или LFP (по химическому знаку железа Fe). Аккумуляторы NMC, как правило, обладают большей плотностью энергии (т. е. меньше при той же емкости), в то время как аккумуляторы LFP имеют более длительный срок службы.

  Проточные батареи

  В отличие от передачи ионов из соединения металла в соединение другого металла через электролит, такой как свинцово-кислотные и ионно-литиевые батареи, проточная батарея пропускает ионы из одного резервуара с жидкостью в другой, а затем обратно. Эти типы батарей, которые также называются проточными окислительно-восстановительными батареями из-за того, что они используют восстановление/окисление как способ извлечения ионов из одной жидкости и передачи их в другую, не отличаются особой плотностью энергии (они могут быть довольно большими), но могут хранить гораздо больше энергии, чем типичный литий-ионный домашний аккумулятор. Хотя в настоящее время они не особенно распространены, они могут стать очень популярными в ближайшее десятилетие.

  Как долго работает разный химический состав батарей?

  В зависимости от химического состава вашей батареи срок ее службы будет разным. Самыми популярными домашними и солнечными батареями в настоящее время являются литий-ионные батареи, срок службы которых обычно составляет от 10 до 15 лет. С низкой стороны свинцово-кислотные батареи обычно служат до 5 лет, а с высокой стороны новые технологии проточных батарей могут прослужить до 30 лет.

  Солнечные батареи переменного и постоянного тока

  Солнечные панели производят электричество постоянного тока (DC), а батареи хранят электричество постоянного тока. Тем не менее, мы используем электричество переменного тока (AC) для работы наших домов и предприятий. Это означает, что для того, чтобы вы могли использовать электричество от ваших солнечных батарей или аккумулятора, его необходимо преобразовать из постоянного тока в переменный ток.

  Аккумуляторы могут быть соединены либо по переменному току, либо по постоянному току, различие, которое может показаться эзотерическим, но важное, поскольку и то, и другое имеет свои плюсы и минусы. Аккумулятор , соединенный с переменным током , потребляет электричество переменного тока, преобразует его в электричество постоянного тока, сохраняет его, а затем снова преобразует в электричество переменного тока для использования в вашем доме или на работе. Это наиболее распространенная установка для системы с солнечными панелями и хранилищем, и вы почти наверняка получите ее, если у вас уже установлена ​​система с солнечными панелями и вы добавляете хранилище позже.

  К сожалению, электричество теряется каждый раз, когда вы переключаете электричество с постоянного тока на переменный или обратно. А в системе, соединенной по переменному току, ваше электричество будет многократно инвертироваться, и электрические потери могут суммироваться. Например, если у вас есть система солнечной энергии плюс накопление переменного тока, электричество постоянного тока, производимое вашими солнечными панелями, инвертируется один раз вашими солнечными инверторами, а затем из переменного тока в постоянное электричество вашим инвертором хранения для его хранения, а затем третий раз от хранения в вашей батарее до использования в вашем доме.

  С другой стороны, батарея со связью по постоянному току устраняет необходимость в нескольких инверсиях. Связанная с постоянным током солнечная система плюс аккумулятор заряжает вашу батарею прямо от ваших солнечных панелей, без предварительного преобразования ее в электричество переменного тока или обратно. Для этого в системе хранения постоянного тока используется гибридный инвертор, который может работать как солнечный, так и накопительный инвертор.

  Однако гибридные инверторы не всегда так эффективны, как стандартные солнечные инверторы, в превращении энергии ваших солнечных батарей в пригодную для использования электроэнергию переменного тока. Другими словами, система «солнечная батарея + аккумулятор», связанная с постоянным током, иногда является компромиссом между предотвращением потерь от нескольких инверсий и немного худшими характеристиками, чем у солнечного инвертора.

  Чтобы узнать больше о различиях между батареями переменного и постоянного тока, ознакомьтесь с этой статьей.