- Що таке ККД
- Взаємозв'язок ККД з матеріалами і технологіями
- Як зробити роботу сонячної панелі максимально ефективної
- Трохи про батареях-чемпіонів по ККД
Сучасні дослідники, які займаються геліосистемами, постійно ведуть між собою дискусії про ККД сонячних батарей. Це один з головних критеріїв, на підставі якого оцінюються їх ефективність і рівень продуктивності. Оскільки витрати на перетворення енергії Сонця в електричну у панелей як і раніше великі, виробники турбуються про те, як зробити їх ККД вище.
Відомо, що на 1м площі елементів виробляється близько 20% від загальної потужності випромінювання Сонця, яке потрапляє на батарею. При цьому мова йде про найсприятливіших умовах клімату і погоди, які бувають далеко не завжди. Отже, для збільшення показника потрібно встановити багато сонячних батарей. Це не завжди буває зручно, та й за вартістю влітає в «копієчку». Тому потрібно розуміти, наскільки доцільно використання цих альтернативних джерел енергії і які перспективи є в подальшому.
Що таке ККД
Отже, ККД батареї - це кількість реально виробляється нею потенціалу, що позначається у відсотках. Для його обчислення необхідно потужність електричної енергії розділити на потужність енергії Сонця, що потрапляє на поверхню сонячних панелей.
Зараз цей показник знаходиться в межах від 12 до 25%. Хоча на практиці, з огляду на погодні та кліматичні умови, він не піднімається вище 15. Причиною тому є матеріали, з яких виробляють сонячні батареї. Кремній, який являє собою основне «сировину» для їх виготовлення, не має здатності поглинання УФ-спектра і може працювати тільки з інфрачервоним випромінюванням. На жаль, через такого недоліку ми втрачаємо енергію УФ-спектра і не застосовуємо її з користю.
Взаємозв'язок ККД з матеріалами і технологіями
Як працюють сонячні батареї? За принципом властивостей напівпровідників. Світло, що падає на них, виробляє вибивання своїми частками електронів, що знаходяться на зовнішній орбіті атомів. Велика кількість електронів створює потенціал електричного струму - при замкнутих умовах ланцюга.
Щоб забезпечити нормальний показник потужності, одного модуля буде мало. Чим більше панелей, тим ефективніше робота радіаторів, які віддають електроенергію акумуляторів, де вона буде накопичуватися. Саме з цієї причини ефективність сонячних батарей залежить і від кількості встановлюваних модулів. Чим їх більше, тим більше енергії Сонця вони поглинають, а показник потужності у них стає на порядок вище.
Чи можна підвищити ККД батареї? Такі спроби були зроблені їхніми творцями, і не один раз. Виходом з ситуації в майбутньому може стати виробництво елементів, що складаються з декількох матеріалів і їх шарів. Матеріали слідують таким чином, щоб модулі могли вбирати в себе різні типи енергії.
Наприклад, якщо одна речовина працює з УФ-спектром, а інше - з інфрачервоним, ККД сонячних батарей в рази підвищується. Якщо мислити на рівні теорії, то найвищим коефіцієнтом корисної дії може стати показник близько 90%.
Також на ККД будь-якої геліосистеми великий вплив робить і різновид кремнію. Його атоми можна отримати кількома шляхами, і все панелі, виходячи з цього, діляться на три різновиди:
З монокристалів виробляють сонячні батареї, ККД яких становить близько 20%. Вони коштують дорого, так як ефективність у них найвища. Полікристали за вартістю набагато нижче, так як в даному випадку якість їх роботи безпосередньо залежить від чистоти кремнію, використовуваного при їх виготовленні.
Елементи, в основі яких знаходиться аморфний кремній, стали основою для виробництва тонкоплівкових гнучких сонячних панелей . Технологія їх виготовлення набагато простіше, вартість нижче, але і ККД менше - не більше 6%. Вони швидко зношуються. Тому для поліпшення терміну їх служби в них додаються селен, галій, індій.
Як зробити роботу сонячної панелі максимально ефективної
Продуктивність будь-якої геліосистеми залежить від:
- температурних показників;
- кута падіння променів Сонця;
- стану поверхні (вона завжди повинна бути чистою);
- погодних умов;
- наявності або відсутності тіні.
Оптимальний кут падіння променів Сонця на панель - 90 °, тобто прямий. Вже існують геліосистеми, оснащені унікальними пристроями. Вони дозволяють стежити за становищем світила в просторі. Коли положення Сонця по відношенню до Землі змінюється, змінюється і кут нахилу геліосистеми.
Читайте також:
Для чого потрібне сонячне трекер і як його зібрати самому
Постійний нагрів елементів теж не кращим чином позначається на їх продуктивності. Коли енергія перетворюється, виникають її серйозних втрат. Тому між геліосистемою і поверхнею, на яку вона монтується, завжди потрібно залишати невеликий простір. Повітряні потоки, що проходять в ньому, будуть служити природним способом охолодження.
Чистота сонячних батарей - теж важливий фактор впливає на їх ККД. Якщо вони сильно забруднені, вони збирають менше світла, а значить, їх ефективність знижується.
Також і правильна установка відіграє велику роль. Не можна при монтуванні системи допускати, щоб на неї падала тінь. Краща сторона, на якій їх рекомендується встановлювати - південна.
Переходячи до погодних умов, можна заодно відповісти на найпопулярніше запитання про те, чи працюють сонячні батареї в похмуру погоду. Безумовно, робота їх триває, тому що електромагнітне випромінювання, що виходить від Сонця, потрапляє на Землю в усі пори року. Звичайно, продуктивність панелей (ККД) буде значно менше, особливо в регіонах з великою кількістю дощових і похмурих днів в році. Іншими словами, електроенергію вони виробляти будуть, але в набагато меншій кількості, ніж в регіонах з сонячним і спекотним кліматом.
Трохи про батареях-чемпіонів по ККД
Рекордсменом за коефіцієнтом корисної дії в геліосистемах на даний момент вважаються німецькі батареї. Вони створені в Інституті геліоенергетики ім. Фраунгофера. В їх основу покладено фотоелементи, що складаються з декількох шарів. Компанія «Сойтек» активно впроваджує їх в сферу широкого споживання, починаючи вже з 2005 року.
Самі елементи - не більше 4 мм завтовшки, а сонячне світло фокусується на їх поверхні за допомогою спеціальних лінз. Завдяки їм здійснюється перетворення світлових частинок в електроенергію, а ККД при цьому становить цілих 47%.
Друге місце заслужено займають панелі, створені шляхом застосування фотоелементів з трьох шарів фірми «Шарп». Це теж сонячні батареї з високим ККД, хоча і трохи менше - 44%.
Три шару представлені трьома речовинами: фосфідом індію (галію), арсенідом галію і арсенідом індію (галію). Між ними розташовується діелектрична прошарок, що застосовується для того, щоб отримати тунельний ефект. Що стосується фокусування світла, її отримують шляхом застосування відомої лінзи Френеля. Концентрація світла досягається до рівня в 302 рази, а далі потрапляє в тришаровий напівпровідниковий перетворювач.
Безумовно, подібний рекорд ККД навряд чи може бути доступний широкому колу споживачів. До речі, Ілон Маск, відомий американський мільярдер, є власником компанії «Солар Сіті». Не так давно, в 2015 році, компанія Маска розробила саме «споживчий» варіант сонячних батарей з коефіцієнтом корисної дії, що перевищує 22%.
Розробки і численні лабораторні досліди проводяться і до цього дня. Можна бути впевненими в тому, що такі технології мають велике майбутнє - в якості екологічного альтернативного джерела енергії.
Чи можна підвищити ККД батареї?