Saule izskaidroja fotoelementus un elektrību

Fotoelementi pārvērš saules gaismu elektrībā

Fotoelektriskais (PV) elements, ko parasti sauc par saules bateriju, ir nemehāniska ierīce, kas pārvērš saules gaismu tieši elektrībā. Dažas PV šūnas var pārveidot mākslīgo gaismu elektrībā.

Fotoni nes saules enerģiju

Saules gaisma sastāv no fotoniem jeb saules enerģijas daļiņām. Šie fotoni satur dažādus enerģijas daudzumus, kas atbilst dažādiem viļņu garumiem

A

Elektrības plūsma

Elektronu kustība, katram no kuriem ir negatīvs lādiņš, uz šūnas priekšējo virsmu rada elektriskā lādiņa nelīdzsvarotību starp šūnas priekšējo un aizmugurējo virsmu. Šī nelīdzsvarotība savukārt rada tādu sprieguma potenciālu kā akumulatora negatīvie un pozitīvie spailes. Elektriskie vadītāji uz šūnas absorbē elektronus. Kad vadītāji elektriskā ķēdē ir savienoti ar ārēju slodzi, piemēram, akumulatoru, ķēdē plūst elektrība.

Fotoelektrisko sistēmu efektivitāte atšķiras atkarībā no fotoelektriskās tehnoloģijas veida

Efektivitāte, ar kādu PV elementi pārvērš saules gaismu elektrībā, atšķiras atkarībā no pusvadītāju materiāla veida un PV elementu tehnoloģijas. Komerciāli pieejamo PV moduļu efektivitāte 80. gadu vidū bija vidēji mazāka par 10%, līdz 2015. gadam tā pieauga līdz aptuveni 15%, un tagad tuvojas 20% jaunākajiem moduļiem. Eksperimentālie PV elementi un PV elementi nišas tirgiem, piemēram, kosmosa satelīti, ir sasnieguši gandrīz 50% efektivitāti.

Kā darbojas fotoelektriskās sistēmas

PV šūna ir PV sistēmas pamatelements. Atsevišķu šūnu izmērs var atšķirties no aptuveni 0,5 collām līdz aptuveni 4 collām. Tomēr viena šūna ražo tikai 1 vai 2 vatus, kas ir pietiekami daudz elektroenerģijas tikai maziem lietojumiem, piemēram, kalkulatoru vai rokas pulksteņu barošanai.

PV šūnas ir elektriski savienotas iepakotā, laikapstākļiem necaurlaidīgā PV modulī vai panelī. PV moduļi atšķiras pēc izmēra un saražotās elektroenerģijas daudzuma. PV moduļa elektroenerģijas ražošanas jauda palielinās līdz ar šūnu skaitu modulī vai moduļa virsmas laukumā. PV moduļus var savienot grupās, veidojot PV masīvu. PV masīvs var sastāvēt no diviem vai simtiem PV moduļu. PV masīvā savienoto PV moduļu skaits nosaka kopējo elektroenerģijas daudzumu, ko masīvs var radīt.

Fotoelementi rada līdzstrāvas (DC) elektroenerģiju. Šo līdzstrāvas elektroenerģiju var izmantot, lai uzlādētu akumulatorus, kas savukārt baro ierīces, kas izmanto līdzstrāvas elektroenerģiju. Gandrīz visa elektroenerģija tiek piegādāta kā maiņstrāva (AC) elektroenerģijas pārvades un sadales sistēmās. Izsauktās ierīces

PV elementi un moduļi ražos vislielāko elektroenerģijas daudzumu, ja tie būs tieši vērsti pret sauli. PV moduļos un blokos var izmantot izsekošanas sistēmas, kas pārvieto moduļus, lai tie pastāvīgi būtu vērsti pret sauli, taču šīs sistēmas ir dārgas. Lielākajai daļai PV sistēmu ir moduļi fiksētā pozīcijā ar moduļiem tieši uz dienvidiem (ziemeļu puslodē – tieši uz ziemeļiem dienvidu puslodē) un leņķī, kas optimizē sistēmas fizisko un ekonomisko veiktspēju.

Saules fotoelementi ir sagrupēti paneļos (moduļos), un paneļus var sagrupēt dažāda izmēra blokos, lai ražotu mazu vai lielu elektroenerģijas daudzumu, piemēram, lai darbinātu ūdens sūkņus lopkopības ūdenim, lai nodrošinātu elektrību mājām vai komunālajiem pakalpojumiem. mēroga elektroenerģijas ražošana.

Avots: Nacionālā atjaunojamās enerģijas laboratorija (aizsargātas ar autortiesībām)

Fotoelektrisko sistēmu pielietojumi

Mazākie fotoelektrisko sistēmu jaudas kalkulatori un rokas pulksteņi. Lielākas sistēmas var nodrošināt elektroenerģiju ūdens sūknēšanai, sakaru iekārtu barošanai, elektrības padevei vienai mājai vai uzņēmumam vai lielu bloku veidošanai, kas piegādā elektroenerģiju tūkstošiem elektroenerģijas patērētāju.

Dažas PV sistēmu priekšrocības ir

â¢PV sistēmas var piegādāt elektroenerģiju vietās, kur nepastāv elektroenerģijas sadales sistēmas (elektrības līnijas), kā arī tās var piegādāt elektroenerģiju
â¢PV masīvus var ātri uzstādīt, un tie var būt jebkura izmēra.
â¢Uz ēkām izvietoto PV sistēmu ietekme uz vidi ir minimāla.

Avots: Nacionālā atjaunojamās enerģijas laboratorija (aizsargātas ar autortiesībām)

Avots: Nacionālā atjaunojamās enerģijas laboratorija (aizsargātas ar autortiesībām)

Fotoelementu vēsture

Pirmo praktisko PV šūnu 1954. gadā izstrādāja Bell Telephone pētnieki. Sākot ar 1950. gadu beigām, PV šūnas tika izmantotas, lai darbinātu ASV kosmosa satelītus. Līdz 1970. gadu beigām PV paneļi nodrošināja elektroenerģiju attālinātos vai attālinātos

ASV Enerģētikas informācijas administrācija (EIA) lēš, ka komunālo pakalpojumu mēroga PV elektrostacijās saražotā elektroenerģija palielinājās no 76 miljoniem kilovatstundu (kWh) 2008. gadā līdz 69 miljardiem (kWh) 2019. gadā. Komunālo pakalpojumu mēroga elektrostacijās ir vismaz 1000 kilovatu (vai viens megavats) elektroenerģijas ražošanas jaudas. IVN aplēses liecina, ka 2019. gadā maza mēroga ar tīklu pieslēgtās PV sistēmas saražoja 33 miljardus kWh, salīdzinot ar 11 miljardiem kWh 2014. gadā. Maza mēroga PV sistēmas ir sistēmas, kuru elektroenerģijas ražošanas jauda ir mazāka par vienu megavatu. Lielākā daļa atrodas uz ēkām un dažreiz tiek saukti