Солнечная энергия объяснила фотогальванику и электричество

Фотоэлектрические элементы преобразуют солнечный свет в электричество

Фотоэлектрический (PV) элемент, обычно называемый солнечным элементом, представляет собой немеханическое устройство, которое преобразует солнечный свет непосредственно в электричество. Некоторые фотоэлементы могут преобразовывать искусственный свет в электричество.

Фотоны переносят солнечную энергию

Солнечный свет состоит из фотонов или частиц солнечной энергии. Эти фотоны содержат различное количество энергии, соответствующее разным длинам волн.

А

Поток электричества

Движение электронов, каждый из которых несет отрицательный заряд, к передней поверхности клетки создает дисбаланс электрического заряда между передней и задней поверхностями клетки. Этот дисбаланс, в свою очередь, создает потенциал напряжения, подобный отрицательному и положительному полюсам батареи. Электрические проводники на клетке поглощают электроны. Когда проводники соединены в электрическую цепь с внешней нагрузкой, такой как батарея, в цепи течет электричество.

Эффективность фотоэлектрических систем зависит от типа фотоэлектрической технологии.

Эффективность, с которой фотоэлементы преобразуют солнечный свет в электричество, зависит от типа полупроводникового материала и технологии фотоэлементов. КПД коммерчески доступных фотоэлектрических модулей в середине 1980-х годов составлял в среднем менее 10%, к 2015 году он увеличился примерно до 15%, а в настоящее время приближается к 20% для современных модулей. Экспериментальные фотоэлементы и фотоэлементы для нишевых рынков, таких как космические спутники, достигли эффективности почти 50%.

Как работают фотоэлектрические системы

Фотоэлектрическая ячейка является основным строительным блоком фотоэлектрической системы. Размер отдельных клеток может варьироваться от примерно 0,5 дюйма до примерно 4 дюймов в поперечнике. Тем не менее, одна ячейка производит только 1 или 2 Вт, что достаточно только для небольших целей, таких как питание калькуляторов или наручных часов.

Фотоэлементы электрически соединены в упакованном, защищенном от непогоды фотоэлектрическом модуле или панели. Фотомодули различаются по размеру и количеству электроэнергии, которую они могут производить. Генерирующая мощность фотоэлектрического модуля увеличивается с количеством ячеек в модуле или площадью поверхности модуля. Фотоэлектрические модули могут быть соединены группами для формирования массива фотоэлектрических модулей. Солнечная батарея может состоять из двух или сотен фотоэлектрических модулей. Количество фотоэлектрических модулей, соединенных в фотоэлектрический массив, определяет общее количество электроэнергии, которое может генерировать массив.

Фотоэлектрические элементы генерируют электричество постоянного тока (DC). Это электричество постоянного тока можно использовать для зарядки аккумуляторов, которые, в свою очередь, питают устройства, использующие электричество постоянного тока. Почти вся электроэнергия поставляется в виде переменного тока (AC) в системах передачи и распределения электроэнергии. Устройства под названием

Фотоэлементы и модули будут производить наибольшее количество электроэнергии, когда они обращены прямо к солнцу. Фотоэлектрические модули и массивы могут использовать системы слежения, которые перемещают модули так, чтобы они постоянно были обращены к солнцу, но эти системы дороги. Большинство фотоэлектрических систем имеют модули в фиксированном положении, при этом модули обращены прямо на юг (в северном полушарии — прямо на север в южном полушарии) и под углом, который оптимизирует физические и экономические характеристики системы.

Солнечные фотоэлектрические элементы сгруппированы в панели (модули), а панели могут быть сгруппированы в массивы разных размеров для производства от малого до большого количества электроэнергии, например, для питания водяных насосов для поения скота, для обеспечения электричеством домов или коммунальных услуг. масштабное производство электроэнергии.

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (авторское право)

Применение фотоэлектрических систем

Самые маленькие фотоэлектрические системы питают калькуляторы и наручные часы. Более крупные системы могут обеспечивать электроэнергией перекачку воды, питание коммуникационного оборудования, подачу электроэнергии для одного дома или предприятия или формировать большие массивы, которые снабжают электроэнергией тысячи потребителей электроэнергии.

Некоторые преимущества фотоэлектрических систем:

â¢Системы PV могут поставлять электроэнергию в местах, где системы распределения электроэнергии (линии электропередач) не существуют, а также они могут поставлять электроэнергию в
• Фотоэлектрические массивы могут быть установлены быстро и могут быть любого размера.
• Воздействие на окружающую среду фотоэлектрических систем, расположенных на зданиях, минимально.

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (авторское право)

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (авторское право)

История фотогальваники

Первая практическая фотоэлектрическая ячейка была разработана в 1954 году исследователями Bell Telephone. Начиная с конца 1950-х годов фотоэлементы использовались для питания космических спутников США. К концу 1970-х фотоэлектрические панели обеспечивали электроэнергией отдаленные или

По оценкам Управления энергетической информации США (EIA), выработка электроэнергии на фотоэлектрических электростанциях коммунального масштаба увеличилась с 76 миллионов киловатт-часов (кВтч) в 2008 году до 69 миллиардов (кВтч) в 2019 году. Электростанции коммунального масштаба имеют не менее 1000 киловатт (или один мегаватт) вырабатываемой электроэнергии. По оценкам EIA, в 2019 году небольшими фотоэлектрическими системами, подключенными к сети, было выработано 33 миллиарда кВтч по сравнению с 11 миллиардами кВтч в 2014 году. Маломасштабные фотоэлектрические системы — это системы, мощность которых составляет менее одного мегаватта. Большинство из них расположены на зданиях и иногда называются