Пленочные солнечные панели

Полимерные солнечные батареи и их преимущества

Развивающаяся бурными темпами солнечная фотовольтаика дала мощный импульс появлению совершенно новых направлений во всех областях, связанных с фотоэлектрическим преобразованием. Это коснулось и физики полупроводников, и нанотехнологий, и органической химии, и охраны окружающей среды, и еще многих областей науки и техники, казалось бы, никаким образом не связанных с этой проблемой. Одной из главных задач всех научных изысканий является замена кремния — основного материала для производства солнечных батарей — на нечто такое, что было бы легко изготавливаемым в промышленных количествах, не загрязняло бы окружающую среду ни при производстве, ни при эксплуатации, давало бы достаточно высокую эффективность преобразования солнечной энергии в энергию электрическую.

Запасы кремния на нашей планете неисчерпаемы: земная кора на 20% состоит из кремния. Но получение чистого кремния для солнечных батарей – очень трудоемкий процесс, который, к тому же, не безвреден в экологическом плане. И вот в результате многолетних исследований появились полимерные солнечные батареи – гелиевые ячейки, состоящие из органических материалов, то есть из углеводородных соединений.

Эффективность некоторых солнечных ячеек, изготовленных в специальных лабораториях по оригинальной технологии, полученная с одного квадратного сантиметра площади ячейки, составляла порядка 12%, что значительно ниже эффективности кремниевых батарей. Тем не менее работы по совершенствованию самих полимерных ячеек и повышению их эффективности продолжаются во всем мире.

Материалы

Основой для материала, из которого изготавливаются солнечные ячейки такого типа, являются углеводородные соединения со специфической электронной структурой, отлично сопрягаемой с π-электронной системой, придающей соответствующим материалам определенные качества аморфных полупроводников. Типичными представителями органических полупроводников являются сопрягаемые полимеры и низкомолекулярные соединения, а также специально синтезированные гибридные структуры, такие как фталоцианин меди. Первый органический фотоэлемент был получен в 1985 году американским исследователем Чинг В Таном. Он состоял из фталоцианина меди и подготовленной соответствующим образом производной PTCDA (перилен-3,4,9,10-тетракарбон-3,4,9,10-диангидрид).


Структура однослойного солнечного элемента

Первая полимерная солнечная ячейка представляла собой двухслойный элемент и была получена на базе сопряженной π-электронной системы (донор электронов) и фуллерена (акцептор электронов), причем слой фуллерена наносился после того, как был полностью сформирован слой донора. В этих солнечных ячейках слой, реагирующий на световое излучение, состоит из сопряженных углеводородов, которые переходят в активное состояние при облучении их светом. Это активное состояние характеризуется появлением избытка свободных электронов и дырок в паре слоев донор-акцептор, которые, собственно, и создают разность потенциалов между электродами.

С технологической точки зрения полимерные солнечные ячейки привлекают своей низкой затратностью при массовом производстве гибких элементов фотовольтаики со сравнительно простой структурой. Подобные технологии являются своего рода переходной фазой перед производством более сложных многослойных систем.

Принцип работы

Наиболее эффективные образцы полимерных солнечных элементов созданы с использованием так называемой донорно-акцепторной системы, то есть на оптимальном сочетании различных полупроводниковых материалов, которые при облучении их светом показывают чрезвычайно быстрый трансферт (менее одной пикосекунды) носителя от донора к акцептору (например, тонкие пленки сопряженных полимеров и фуллеренов). Такие донорно-акцепторные пары отличаются друг от друга смещенными позициями электрохимических потенциалов, а именно высшей занятой молекулярной орбиталью и низшей незанятой молекулярной орбиталью. Эти орбитали в некотором роде сопоставимы с зонной схемой неорганических полупроводников.


Структура многослойного солнечного элемента

После поглощения фотонов, энергия которых позволяет преодолевать барьер между высшей и низшей орбиталями, возникают так называемые экситоны (электростатически связанные пары положительных и отрицательных зарядов), разделяющиеся в течение короткого времени в граничной донорно-акцепторной зоне. После разделения происходит селективный перенос заряда в два полупроводника. Носители зарядов двигаются неупорядоченно и изменяют свое положение в полупроводнике «скачками», так как это обусловлено наличием множества энергетических барьеров. Носители наталкиваются на множество фазовых и молекулярных барьеров, которые имеются во внутренней структуре полупроводника, в конечном счете происходит рекомбинация, что приводит к потере очередных двух носителей заряда.

В полимерном солнечном элементе имеется поглощающий слой (полученный на стадии жидкой фазы или методом вакуумного напыления), состоящий из равнообъемной смеси органических полупроводников донорного и акцепторного типов. Этот слой наносится на прозрачный электрод и дает возможность пропустить практически весь получаемый свет, чтобы максимизировать полезное действие фотонов в активном слое. В то же время этот слой должен иметь как можно низкое сопротивление. Важнейшим качеством полимерного солнечного элемента является та рабочая функция, которая определяет, с каким из двух полупроводников предпочитает обмениваться зарядом носитель (отрицательным или положительным — соответственно, электронным или дырочным). На противоположную сторону поглощающего слоя напыляется металлический электрод, на который стекаются носители заряда, исходящие от прозрачного электрода.

Неиспользованный свет, отраженный от металлического электрода, увеличивает выход электричества, так как при повторном прохождении поглощающего слоя фотоны могут активировать не активированные ранее носители. Кроме того, толщина поглощающего слоя между прозрачным и металлическим электродами может быть оптимизирована для получения максимального эффекта поглощения света в определенной области спектра.


Полимерный солнечный модуль

Напряжение на клеммах полимерной солнечной ячейки определяется в значительной степени функциональными особенностями каждого из электродов. Чтобы получить высокое значение эффективности фотоэлектрического преобразования, поглощающий слой полимерного полупроводника должен иметь максимально возможную подвижность носителей заряда обоих знаков для того, чтобы они могли быть физически разделены после поглощения настолько быстро, насколько это возможно. Соответственно будет обеспечено и быстрое попадание носителей на соответствующий электрод. В настоящее время полимерные полупроводники имеют сравнительно низкую подвижность носителей заряда. Оптимальная толщина поглощающего слоя находится в пределах до нескольких сотен нанометров.

Преимущества и недостатки полимерных солнечных батарей

Потенциальными преимуществами полимерных солнечных батарей в сравнении с обычными кремниевыми являются:

  1. Низкие производственные затраты за счет более дешевых технологий производства и более низкой стоимости материала.
  2. Гибкость, прозрачность, простота использования.
  3. Энергосберегающее производство.

Недостатки:

  1. Низкая эффективность (на настоящий момент только в некоторых лабораториях была достигнута эффективность 12%).
  2. Низкая эффективность требует больших площадей, чтобы достичь требуемых мощностей.
  3. Недолговечность из-за разложения органических соединений на солнечном свете.

Научные исследования и эксперименты продолжаются, и нет сомнений в том, что все проблемы, связанные с полимерными солнечными батареями, будут решены.

Как снабжать человечество электроэнергией без вреда для окружающей среды – главный вопрос, которым не так давно задавались современные исследователи. Мы уже научились добывать энергию с помощью сооружения волновых, приливных, геотермальных, ветряных и солнечных электростанций. Прогресс технологий подарил нам уникальную возможность использовать Солнце с помощью установленной системы либо же портативных батарей в индивидуальных целях. В этой статье мы рассмотрим плюсы и минусы солнечной энергии, а также коротко расскажем о том, что собой представляют гелиопанели и где их используют.

Устройство солнечных батарей

Возможность использования солнечной энергии подарила нам такая наука, как гелиоэнергетика. Именно она исследует и разрабатывает устройства, которые занимаются преобразованием излучения Солнца в электрическую и тепловую энергию.

К таким устройствам относится солнечная батарея. Это плоская, с защитным покрытием конструкция из фотоэлементов, являющихся полупроводниками. Они обеспечивают процесс преобразования солнечной энергии в электрическую. Благодаря разнообразию размеров, их применяют в различных сферах жизнедеятельности.

Например, для обеспечения электричеством частного дома потребуется установка, которая включает следующие составляющие:

  • аккумуляторы;
  • контроллер;
  • инвертор.

С помощью инвертора постоянный ток, который создается в ясный день, проходит процесс преобразования в переменный, а далее распределяется на потребителей электричества. Нерасходуемое электричество накапливается в аккумуляторах и используется ночью или в непогоду. Контроллер следит за зарядом аккумуляторов.

Рассмотрим подробно плюсы и минусы солнечных батарей.

Преимущества

Использование солнечных батарей имеет следующие преимущества:

  • доступность источника энергии;
  • постоянное и независимое энергоснабжение;
  • бесплатное потребление;
  • экологичность;
  • бесшумность;
  • высокая износостойкость.

Каждое из этих достоинств мы опишем более подробно.

Доступность источника энергии

Солнце освещает практически каждый участок поверхности Земли. Поэтому человек может воспользоваться преимуществами использования солнечной энергии. Также следует отметить, что потенциал этого типа энергии в рамках всемирного масштаба многократно превышает потребность в ней.

Постоянное и независимое энергоснабжение

В отличие от полезных ископаемых, энергия Солнца неисчерпаемая и всеобъемлющая. Конечно, как и все на нашей планете имеет свой конец, так и Солнце может иссякнуть. Но когда это произойдет – никто наверняка не знает. Помимо этого, ни солнечная панель, ни сам источник не требует каких-либо затрат на содержание. Этот факт делает вас абсолютно независимым от цен и транспортировки электроснабжения.

Бесплатное потребление

Как мы уже упоминали, Солнце – источник бесплатной энергетики. Некоторые затраты потребуются лишь на установку системы, которая обеспечит вас электричеством. Но в данном случае их можно отнести к долгосрочным инвестициям.

Экологичность

Глобальное потепление – серьезная проблема. Использование солнечных батарей помогает снизить расход природных ресурсов, а их производство и принцип работы не сопровождаются выбросом вредных веществ в атмосферу. Поэтому они являются абсолютно экологичными.

При установке системы, перерабатывающей солнечную энергию в электричество, вы можете быть уверенны в ее безопасности для окружающей среды и своих родных и близких.

Бесшумность

Генерация электроэнергии происходит совершенно бесшумно по причине отсутствия движущихся деталей в конструкции солнечных панелей. Устанавливая систему на крыше своего дома, можно не беспокоиться о постоянном гуле, который, например, издают электрические столбы.

Высокая износостойкость

Срок службы такой системы электроснабжения составляет около 25 лет. С течением времени КПД панелей начинает снижаться. В виду простоты конструкции, ее всегда можно заменить на новую.

Недостатки использования солнечных батарей

Солнечная энергия, а именно ее использование, предусматривает также и минусы, не смотря на вышеописанные плюсы.

К недостаткам относят следующие факторы:

  • высокая цена;
  • низкий КПД;
  • большая площадь, занимаемая системой;
  • зависимость работы от погодных условий.

Стоимость монтажа системы, которая сможет удовлетворить индивидуальные потребности человека, непомерно высока. Не говоря уже о том, чтобы снабдить электроэнергией целый дом. Это объясняется следующим пунктом.

Низкий КПД

Продуктивность солнечных батарей намного ниже, по сравнению с традиционными источниками электроэнергии. Например, панель средней работоспособности, площадью в 1 м2 производит мощность около 120 Вт. Этого должно хватить только для зарядки планшета или телефона. Из этого вытекает следующий пункт.

Большая площадь, занимаемая системой

Чтобы обеспечить ваши минимальные потребности в электроэнергии, вам понадобится очень большая площадь. Если, конечно же, речь не идет о зарядке телефонов, планшетов или работы приборов с потреблением низкой мощности.

Зависимость работы от погодных условий

КПД солнечных батарей снижается в пасмурный, облачный день, зимой, при низких температурах и т.д. Ночью, в отсутствие Солнца, источника энергии, производство электричества прекращается. На работу панелей также влияет расположение вашего дома и окон.

Использование солнечной энергии

Помимо удовлетворения индивидуальных запросов потребителей электричества, солнечную энергию используют в различных сферах жизнедеятельности:

  1. Авиация. Благодаря солнечной энергии, самолеты могут не расходовать топливо на протяжении некоторого времени.
  2. Автомобилестроение. Панели могут использоваться для зарядки электромобилей.
  3. Медицина. Благодаря разработкам южнокорейских ученых, мир увидел солнечную батарею, которую используют для приборов, поддерживающих функциональность организма человека, путем вживления под кожу.
  4. Космонавтика. Гелиопанели устанавливаются, например, на спутниках и космических телескопах.

Это всего лишь несколько примеров. Кроме этого, солнечные панели широко используют для обеспечения электроэнергией зданий, а также целых населенных пунктов.

Надеемся, что вышеописанные преимущества и недостатки использования солнечных батарей помогут вам определиться с решением, стоит ли вам обратиться к альтернативным источникам энергии.

Гибкие солнечные панели

  • Каталог
    • Каталог
    • Аккумуляторы
      • Аккумуляторы
      • АКБ FIAMM
      • АКБ LEOCH
      • АКБ Delta
      • АКБ ВОСТОК PRO
      • АКБ WBR
      • АКБ EXMORK
      • Мото Аккумуляторы
      • АКБ Challenger
      • АКБ Trojan
      • АКБ CSB
      • АКБ VARTA
      • АКБ HAZE
      • АКБ BB Battery
      • АКБ Ventura
      • АКБ AMPERA
      • АКБ ПАНЦИРНЫЕ
      • Кабель-перемычки для АКБ
      • Стеллажи для аккумуляторов
      • Аксессуары для аккумуляторов
    • Светодиодное освещение
      • Светодиодное освещение
      • Освещение на солнечных батареях
      • Светодиодные прожектора
      • Светодиодный офисный светильник Армстронг
      • Светодиодные светильники
      • Трековые светильники
      • Встраиваемые светодиодные светильники
      • Лампы
      • Светодиодные ленты
      • Модульные системы освещения
      • Светодиодные фонарики
      • Светодиодные плафоны
      • Бактерицидные лампы
    • Солнечные батареи
      • Солнечные батареи
      • Готовые комплекты солнечных электростанций
      • Поликристаллические солнечные панели
      • Монокристаллические солнечные панели
      • Контроллеры для солнечных батарей
      • Мобильные солнечные батареи
      • Гибкие солнечные панели
      • Кабель и коннекторы для солнечных батарей
      • Крепления для солнечных батарей
      • Инструменты и аксессуары
    • Электропастухи
      • Электропастухи
      • Комплектующие для электропастуха
      • Готовые комплекты электроизгородей
    • Товары 12 вольт
      • Товары 12 вольт
      • TV 12 Вольт
      • Солнечные насосы
      • Насосы 12 вольт
      • Зарядные устройства 12, 24, 48 вольт
    • Газовое оборудование
      • Газовое оборудование
      • GOK
      • Композитные газовые баллоны
      • Туристическое газовое оборудование
      • Газовые конвекторы
      • GasFit
      • Gnali Bocia
      • Оборудование Greengear
      • Холодильники на пропане
    • Преобразователи напряжения
      • Преобразователи напряжения
      • ИБП переменного тока Штиль
      • Инверторы и конвертеры СибКонтакт
      • Серия EP3200
      • Автомобильные инверторы
      • Серия «котельная»
      • Инверторы МАП ЭНЕРГИЯ
      • Источники бесперебойного питания POWERMAN
      • Гибридные инверторы для солнечных батарей
      • Инверторы Hefei
      • ИБП для котлов
      • Приборы защиты оборудования
      • Конверторы DC DC
      • Сетевые инверторы
    • Стабилизаторы напряжения
      • Стабилизаторы напряжения
      • Стабилизаторы напряжения ЭНЕРГИЯ
      • Стабилизаторы SUNTEK
      • Стабилизаторы РЕСАНТА
      • Инверторные стабилизаторы Штиль
      • Стабилизаторы напряжения НСН Энерготех
      • Стабилизаторы напряжения POWERMAN
      • Стабилизаторы Rucelf
      • Стабилизаторы ORTEA Италия
      • Стабилизаторы СН-LCD Энepгия МикроАрт
      • Стабилизаторы напряжения ЭРА
      • Стабилизаторы ВОЛЬТ
      • Сопутствующие товары
    • Распродажа
    • Тепловое оборудование
      • Тепловое оборудование
      • Солнечные коллекторы
      • Тепловые насосы
      • Котлы отопительные
      • ЭВАН — энергосберегающее тепловое оборудование
      • Бойлеры косвенного нагрева, водонагреватели и баки аккумуляторы тепла и холода
      • Электрокамины и Тепловое оборудование Ресанта
      • Обогреватели
    • Силовое оборудование
      • Силовое оборудование
      • Генераторы и электростанции
      • Автотрансформаторы ЛАТР
      • Сварочные инверторы
      • Удлинители, переноски
      • Насосы и Насосные станции
      • Зарядные станции для электромобилей
      • Schneider Electric, Xantrex
      • Victron
      • Выключатели и розетки
      • Growatt
      • Вентиляторы
    • Оборудование для рекламы
      • Оборудование для рекламы
      • Бегущие строки
      • Флеш панели
    • Ветрогенераторы
      • Ветрогенераторы
      • Контроллеры для ветрогенераторов
      • Комплектующие
      • Мачта для ветрогенератора
      • Лопасти для ветрогенератора
    • Инструменты и приборы
      • Инструменты и приборы
      • Реле напряжения
      • ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ ФАЗ
      • ОГРАНИЧИТЕЛИ МОЩНОСТИ
      • Терморегуляторы и реле времени
      • Амперметры,вольтметры и термометры.
      • Садовая техника
      • Ранцевые опрыскиватели
    • Прочее
      • Прочее
      • Прочее
      • ППН Х0 Предохранители ножевого типа на токи от 6А до 1600А
      • Мобильные электростанции
      • Датчики движения
      • Батарейки
      • Звонки
      • Сетевые фильтры
      • Термоприводы для теплиц
      • Теплые полы электрические
      • Солнцемараны — катамараны на солнечных батареях
      • Солнечная кухня — приготовление еды от солнца
      • Система автопуска для генераторов
      • Изотермические, полипропиленовые термоконтейнеры | Royal Box
      • Для аккумуляторов
      • Рекламные материалы
      • Тепловые насосы
  • Главная
  • Компания
    • Компания
    • О компании
    • Новости
    • Отзывы
    • Магазины
    • Контакты
    • Партнеры и клиенты
    • Маркетинговые материалы
  • Контакты
  • Как оплатить
  • Доставка
  • Партнерство

  • Самый первый плюс — это неиссякаемость и вседоступность источника энергии. Солнце есть практически в любой точке планеты и в ближайшее время, оно не собирается никуда пропадать. Если этот источник энергии пропадёт, то нас уже точно не будет волновать вопрос откуда взять электроэнергию.
  • Второе достоинство солнечных батарей — это их экологичность. Каждый потребитель, борющийся за здоровье родной планеты, считает своим долгом приобрести экологичные источники энергии типа ветряка или, в нашем случае — солнечные панели. Но здесь так же как с электромобилями. Сами-то по себе батареи экологичны, но при их производстве, а также при производстве аккумуляторов, электростанций и различных проводников, используются токсичные вещества, которые загрязняют окружающую среду.
  • Кстати, говоря о сравнении с ветряками, солнечные панели намного тише. Они вообще не издают никаких звуков в сравнении с шумными ветряками.
  • Износ батарей происходит очень медленно, ведь здесь нет подвижных частей, если только Вы не используете в своей системе приводы, которые поворачивают солнечные элементы в сторону источника энергии. Тем не менее, даже с такой системой, солнечные панели служат до 25 лет и даже больше. Только после этого срока, если батареи качественные, у них начинает падать КПД и постепенно их нужно заменять на новые. Кто знает какие технологии будут через четверть века? Возможно, следующих батарей Вам хватит до конца жизни.
  • Устанавливая такой источник энергии для дома, Вы не будете думать о том, что поставщик энергии внезапно по техническим причинам отрежет ваш дом от энергоснабжения. Вы всегда сам себе хозяин. Точнее своей системе подачи электричества. Нет проблем ни с внезапным повышением цен, ни с транспортировкой энергии.
  • После того, как ваша энергетическая солнечная электростанция окупится, Вы будете получать по сути бесплатную энергию в дом. Конечно, сначала за определённый период, нужно отбить вложения.
  • Ещё одно преимущество солнечных электростанций — возможность наращивания. Вопрос упирается только в доступную для Вас площадь. Именно модульность батарей позволяет беспрепятственно в случае необходимости увеличивать мощность системы. Необходимо просто добавить новые солнечные панели и запитать их в систему. Хотя эти преимущества солнечных электростанций перекрываются существенной проблемой, а именно необходимостью оборудования больших площадей. Речь идёт о квадратных километрах солнечных элементов.
  • Солнечная панель не потребляет никакого топлива, а значит Вы не зависите от цен на топливо, также как не зависите от поставок топлива. Плюсы солнечных батарей также в беспрерывной подаче электроэнергии.

Минусы и недостатки солнечных батарей

Несмотря на все вышеперечисленные плюсы, есть у батарей и масса недостатков, которые необходимо оценить при выборе источника энергии. Важно понимать все минусы до покупки, чтобы потом быть готовым к тому, с чем придётся столкнуться. По ряду причин солнечные панели используются чаще как вспомогательный источник, а не как основной.

  • Самый первый недостаток — необходимость первоначальных больших инвестиций, которые не требуются при обычном подключении к центральной электросети. Также срок окупаемости вложений, в электросеть с солнечными батареями, весьма размытый, ведь всё зависит от факторов, которые не зависят от потребителя.
  • Низкий уровень КПД. Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт мощности. Такой мощности не хватит даже для того, чтобы нормально поработать за лэптопом. Солнечные панели имеют значительно меньший КПД в сравнении с традиционными источниками энергии — около 14-15%. Однако этот недостаток можно считать достаточно условным, ведь новые технологии постоянно увеличивают этот показатель и развитие не стоит на месте, выжимая всё больше и больше энергоэффективности из тех же самых площадей.

  • В странах СНГ солнечные батареи достаточно дорогое удовольствие, ведь государство не поддерживает покупку таких источников энергии и никак не дотирует стремление своих граждан к “зелёной” энергии. Конечно, за рубежом ситуация значительно лучше. Ведь те же США заинтересованы в переходе страны на экологически чистые источники энергии.
  • Ещё один недостаток — эффективность работы зависимая от погодных условий и климата. Например, солнечные батареи теряют свою эффективность во время пасмурной погоды или в тумане. Также при низких температурах, в зимнее время, КПД солнечных батарей падает. А если панель недостаточно хорошего качества, то и при высоких температурах. Поэтому всё же необходимо поддерживать солнечные батареи какими-то основными источниками энергии, либо использовать гибридные солнечные батареи. Также немаловажно, что солнечные панели могут по разному работать в разных широтах планеты. В каждой отдельно взятой местности, за год выходит разное количество солнечной энергии. Поэтому эффективность солнечной системы также зависит и от месторасположения вашего дома. Впрочем как и от времени суток, ведь ночью солнца нет, а значит и нет выработки энергии.
  • Батареи невозможно использовать как источник энергии для техники, которая потребляет большую мощность.
  • Система электроснабжения от солнца требует большого количества вспомогательной техники. Аккумуляторы для накопления энергии, инверторы, а также специального помещения для установки системы. Например, никель-кадмиевые аккумуляторы значительно теряют свою мощность при понижении температуры ниже нуля по Цельсию.
  • Для того, чтобы выдать большую мощность от солнечной энергии, необходимы большие площади. Если говорить про солнечную электростанцию промышленного масштаба, то это квадратные километры. Конечно, при бытовом использовании панелей, Вам такие площади не понадобятся, но всё же учитывайте этот момент, если захотите расширятся.

Вот такие плюсы и минусы солнечных батарей. Надеемся наша статья помогла Вам определиться что нужно именно Вам.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх