Гостевая: Энергеника БП. Солнечные батареи.

  • Автор: surgik
  • Опубликовано: 02 марта 2012, 12:57
  • Сегодня у нас любимая тема, солнечные батареи.
    Часть первая Топливные генераторы и хранение топлива
    Часть вторая Двигатели Стирлинга
    Часть третья Термоэлектрические модули
    Уже подсчитано, что если в пустыне Сахара разместить солнечные батареи на территории 160 квадратных километров, то можно полностью отказаться от всех других источников и видов энергии нефти, газа, урана, воды, ветра и тд.
    Солнечные батареи состоят из кремния.
    Кремний самый распространённый материал на земле, к примеру песок.
    Так за чем же проблема?



    Многие из нас не подозревают, что способ получения электроэнергии из солнечного света известен около 130 лет. Явление фотоэффекта впервые наблюдал Эдмон Беккерель в 1839г. Это случайное открытие оставалось незамеченным вполоть до 1873г., когда Уиллоуби Смит обнаружил подобный эффект при облучении светом селеновой пластины. И хотя его первые опыты были далеко несовершенны, они знаменовали собой начало истории полупроводниковых солнечных элементов. В поисках новых источников энергии в лаборатории Белла был изобретен кремниевый солнечный элемент, который стал предшественником современных солнечных фотопреобразователей. Лишь в начале 50-х годов 20-го века солнечный элемент достиг относительно высокой степени совершенства.

    По принципу работы солнечная батарея представляет собой фотоэлектрический генератор постоянного тока, который использует эффект преобразования лучистой энергии в электрическую. Точнее, в солнечных батареях использовано свойство полупроводников на основе кристаллов кремния. Кванты света, попадая на пластину полупроводника, выбивают электрон с внешней орбиты атома данного химического элемента, что создает достаточное количество свободных электронов для возникновения электрического тока.



    Самый простой эксперимент с солнечными батареями можно сделать самому не выходя из дома,
    любой транзистор имеющий p-n переход может быть использован для этих целей.
    В школьном возрасте мы пробовали это делать с транзисторами П213



    во первых он большой и дает максимальный ток, а во вторых был очень доступным.
    Спиливается крышка, промывается от белого порошка, подсоединяются два контака
    к вольтметру и можно эксперементировать на солнце.
    Напряжение и ток мизерные, 15-20 миливольт, но это было интересно!!!
    Потом появились первые маленькие солнечные батарейки от испорченых калькуляторов,
    это была просто находка, очень ценилась.
    Это сейчас досутуп есть ко всему и испорченый калькулятор с ноги летит в мусорку.
    Кто знает то время и проводил его в интересных поисках и экспериментах,
    а не сидел как сейчас у утра до вечера вКонтакте со своего iPod, тот поймет.

    размеры могут быть очень разные


    до целых космических станций


    варианты применения солнечных батарей
    калькулятор


    детские игрушки


    часы


    фонарики


    светильники


    даже столбы освещения


    Блютуз


    Варианты для туристов



    беспроводная клавиатура


    телефонная будка (нам так не жить, упрут вместе с будкой)


    самолет на солн батарее



    На катере, очень автономно


    извращения в виде обвешивания вояк, это в Австралии, а им по барабану,
    они все равно никогда не воевали


    готовый комплект для автономного туризма


    если вам дискомфотно и неудобно носить и использовать скажите это им




    Ка варианты домашнего использования могут быть совсем небольшими




    так и целые мощные, автономные системы


    Где же это все берется?
    В каждом городе есть уже десятки и сотни фирм которые предлагают солнечные батареи от 10 ватт до целых автономных систем за 40000 долларов.
    Почему же тогда мы так мало видим их в реальности? Да все просто.
    Большинство таких фирм и менеджеров батареи и в глаза даже не видели,
    поэтому путают характеристики, приводят только максимальные данные, рассказывают о выгодных перспективах и тд. Основная их цель подсадить клиента на крючок, а потом
    уже искать сами батареи.
    В Европе приняты законы по которым энергия полученная из альтернативных источников покупается государством по максимальной цене, что бы стимулировать развитие.
    Наши продавцы быстренько сообразили выгоду и всем рассказывают тоже самое.
    А вы вообще спрашивали у местного Облэнерго, им вообще нужна наша энергия?
    Кто будет ставить аппаратуру для синхронизирования частоты и напряжения?
    Рядом возле меня находится ГРC, на станции стоит эксперементальная турбина которая вырабатывает халявные 5 МВт энергии, цифра огроменная, можно запитать целый район.
    Мало того что им сказали что их энергия никому не нужна в Облэнерго, так еще и запретили
    поставлять ближайшим потребителям, потому что есть монополист.
    Никого не интересует что бы было лучше, интересует что бы было выгодно!
    Что уже говорить про наши 300-500-1000 ватт.
    Но фото этих перспектив приводится.


    Поэтому верить таким продавцам можно максимум на 20%
    Чего стоит главная страница одного из самых разрекламированных продавцов таких батарей.
    На всю главную страницу очень красивая картинка огромной солнечной батареи на закате.
    Очень красивая картинка, но это не солнечная батарея!!!
    Это фото установки двигателя Стирлинга на зеркалах.
    В моем описании Стирлинга есть такое фото.
    Как думаете стоит доверять такой компании?
    Не буду голословным одна из таких.
    solnechnie-batarei.com.ua/

    Разновидности батарей:
    Монокристаллические кремниевые фото-элементы наиболее эффективны и популярны у потребителей. Их получают в расплаве кристаллов кремния высокой чистоты, при котором расплав отвердевает при контакте с затравкой кристалла. В процессе охлаждения кремний постепенно застывает в форме цилиндрической отливки монокристалла диаметром 13 – 20 см, длина которого достигает 200 см. Получаемый таким образом слиток нарезается листочками толщиной 250 – 300 мкм. Поэтому пластины имеют не квадратную форму, а как бы восьмиугольную, у круглого стержня отрезаются края.
    Такие элементы имеют более высокую эффективность по сравнению с элементами, вырабатываемыми другими способами, КПД достигает 19 %, благодаря особой ориентации атомов монокристалла, которая способствует росту подвижности электронов.
    Кремний пронизывает сетка из металлических электродов. Традиционно монокристаллические модули вставлены в алюминиевую рамку и закрыты противоударным стеклом. Цвет монокристаллических фото-элементов – темно-синий или черный.



    Поликристаллический кремний является основной альтернативой монокристаллам. У него более низкая себестоимость. Кристаллы в нем ещё агрегатные, но имеют различную форму и ориентацию. Этот материал, по сравнению с темными монокристаллами, отличается ярко синим цветом. Совершенствование процесса производства элементов данного типа позволяет сегодня получать компоненты, характеристики которых лишь немного уступают по электрическим показателям монокристаллу. Чистота поликристаллического кремния немного ниже, поэтому КПД достигает 16-17%.
    Хоть поликристалл и дает меньше КПД, но выигрывает в том что может лучше работать
    при пасмурной погоде и под большим углом падения солнечных лучей.
    Если панель направлена на юг, то утром и вечером будет работать более эффективно.
    Ресурс моно и поликристаллических пластин примерно одинаков, более 30 лет.
    Деградация 20% наступает после 25 лет использования.



    Аморфный кремний или попросту тонкопленочный производят путем напыления на необходимую поверхность. Это может быть стекло, а может быть и любая гибкая поверхность. Качественные тонкопленочные панели покрытые защитным слоем прозрачной
    пленки можно свернуть в трубочку или придать другую форму, поэтому они очень популярны среди туристов, охотников, рыбаков и тд.
    Там где необходима мобильность и малый вес.
    Если бы все было так хорошо, то других бы панелей не было бы вообще в продаже.
    За такую мобильность приходится расплачиваться более высокой ценой,
    более низким КПД всего7-9% и ресурсом,
    срок службы таких гибких батарей около 7 лет.
    Деградация 10-15% начинается с 4 года пользования.




    Устройство:
    Готовые панели бывают разных размеров мощностью от 10 до 200 ватт.
    То что меньше это уже упрошенный вариант, качество страдает.
    Панель состоит из 36 пластин.


    Каждая пластина вырабатывает 0.5-0.53 вольта.
    Все пластины соединяются проводниками последовательно, в каждом ряду пластин стоит
    диод Шотке, это для того что бы предохранить пластины от перегорания.
    Например если упал лист и закрыл от солнца именно один модуль,
    а остальные вырабатывают электричество.
    Ток зависит от размера этих пластин, к примеру пластина 6*6 дюймов
    дают ток от 6 до 8 ампер. Зависит от класса и чистоты кристалла.
    Соответственно готовая сборка выдаст нам напряжение в холостом режиме 18 вольт.
    Расчет очень простой, если наши модули дают 8 ампер, значит наша солнечная батарея
    выдает 144 ватта энергии.


    В реальности получается чуть меньше, потому что небо не всегда идеально чистое,
    не всегда солнце в зените, а еще есть пыль, смог и тд.

    Батареи могут быть как сами по себе 12, 24, 48 вольт рабочих, так и соединяться в огромные сборки из более мелких батарей. Ограничение может быть только в финансах.




    Так почему же если батареи такие замечательные не использовать только их?
    Да потому что максимум энергии солнечные батареи вырабатывают днем и летом, а
    нам больше всего нужно ночью и зимой.
    Для таких целей есть аккумулятор.
    Достаточно сказать что на обычную батарею можно использовать любой 12 вольтовый
    аккумулятор, щелочной, кислотный, гелиевый и тд.
    Все ограничено его емкостью.
    Обычный аккумулятор является самым слабым звеном во всей цепи,
    потому что имеет ограниченный ресурс.
    Кислотный протянет 3-5 лет.
    Гелиевый 8-10 лет.
    Но специально для таких целей разработан солнечный аккумулятор, его преимущество в том что не обслуживается, дает большой ток разрядки, а гарантированный ресурс 18-20 лет.
    Это круто, но цена на такие тоже не радостная.
    Ак. имеют напряжение 2 вольта и емкостью от 200 до 2000 Ач.
    Нужное количество собирается последовательно и параллельно.


    (каждый раз когда вижу эту картинку, капает слюна и пожелание этой стопки)

    Следующим после батареи идет контроллер.
    Прибор который управляет всем процессом, основное его предназначение это выдать нам не холостых 18 вольт, а рабочих 12. И конечно же следить за зарядом аккумулятора.
    Контроллеры бывают от самых простых до целых систем с датчиками и табло навигации.




    Ничего сложного.
    Что же нам мешает самим собирать такие батареи?
    На весь интернет единственная и уже просто измученная статья Майкла Дэвиса
    о том как он собирал сам батарею из модулей.
    Статья есть на сотнях сайтах и форумах, многие даже приписывают себе авторство этой статьи. Лжеавторов даже не смущает что надписи на рисунках сделаны на английском языке,
    а в процессе изготовления лежит на куче американских газет. )))
    Какие все щедрые на американские газеты.
    Оригинал конечно не найти, но вот первый попавшийся перевод, почитать интересно.
    sam-master.at.ua/news/solnechnaja_batareja_svoimi_rukami/2011-05-05-97

    Вариантов использования тысячи.
    Так что же можно купить для пользования из всего что есть?
    Начнем с самого простого
    Называется вечный фонарик


    маленький, компактный и довольно яркий фонарик на трех диодах.
    внутри обычная батарейка таблетка напрямую соединена с фотоэлементом.
    из за такой схемы ресурс данного фонарика далеко не вечный.

    Самое популярное солнечная зарядка


    довольно таки честный аккумулятор внутри, попадались и Сони и Самсунг.
    емкость 1350 мАч.
    В наборе переходники на разные устройства, сетевой зарядник и для компа.
    Сама панель дает всего 35-40 мА ток, получается что бы зарядить полностью весь аккумулятор нужно что бы пролежал не меньше 3 дней на ярком солнце.
    Производитель обещает заряд за 8 часов, врет.


    Принцип тот же и комплектация.
    Но сама панель интереснее, площадь в 2 раза больше, ток соответственно.
    Но не все так гладко, в описании емкость встроенного аккумулятора 2800 мАч.
    Это примерно должен занимать все внутреннее пространство, контроллер
    очень мало места занимает.
    Из 20 шт про шедших через мои руки (я не извращенец, просто продавал такие)
    все были фейковые, емкость примерно 600-700 мАч.
    Последние были вообще шедевром
    (фото не нашел, в общем китайское кидалово, ак размером 2 см.
    что бы только можно было проверить что работает, примерно 40-50 мАч)
    Пришлось их разбирать и ставить новые акк. что бы хоть в ноль продать.

    Зарядки для аккумуляторов.
    с ними та же проблема, нужно не меньше 2 ярких дней крутить их за солнцем что бы
    зарядились аккумуляторы.


    Гибкими панелями никогда не пользовался, по причине их неразумной цены.
    196 евро за 10 ваттную батарею это очень много.
    24 доллара за ватт, при стоимости промышленных батарей на кристаллическом кремнии
    примерно 5-6 долларов за ватт в интернете и 10 в супермаркете.

    Что же мешает нам самим изготовить батарею, да ничего!
    Стоимость будет раза в 4-6 дешевле чем промышленный вариант.
    Ну не такая красивая, но цена переубеждает.
    Есть цель купить к лету модулей и пробовать собирать батареи, стоимость модулей
    получится по 1 долл за ватт. Есть еще желающие?

    Вот собственно и все про такой перспективный вид энергии как солнечный.
    Практически не оганиченый.

    Спасибо за внимание, продолжение следует….
    • +23

    Комментарии (32)

    avatar

    02 марта 2012, 13:17
    0.00 Green_MAN — Київ
    Спасибо Вам за серию интересных статей по энергетике.

    Был у меня «Вечный фонарик» который все таки приходилось постоянно заряжать от сети )

    Здесь много на сайте Киевлян, потому думаю будет интересно почитать о реальной эксплуатации солнечных батарей в наших условиях.
    Вот http://www.stroimdom.com.ua/forum/showthread.php?t=62893 человек поставил на дом солнечные панели на 1850 ватт и ветрогенератор. Целая тема многолетних наблюдений о реальном положении вещей. В целом не так уж все и печально, кроме цены ((((
    • v
    • 0
    avatar

    02 марта 2012, 13:34
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    Видел такой форум.
    Но готовые системы для меня не примлимы по экономическим сображениям.
    Буду сам делать.
    avatar

    02 марта 2012, 13:54
    0.00 Green_MAN — Київ
    Да солнечные панели в нашей стране можно отнести к предмету роскоши. Панель производства киевского завода «Квазар» на 240 ватт стоит в рознице 900-1000 у.е.
    avatar

    02 марта 2012, 14:16
    +41.73 ger9 — Санкт-Петербург
    Есть ebay. Если порыться можно найти по гуманным ценам.
    avatar

    02 марта 2012, 14:17
    +41.73 ger9 — Санкт-Петербург
    Давно о таком мечтаю в своем доме. Вот только дома немае.
    avatar

    02 марта 2012, 14:17
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    Это отбраковка которая тесты не прошла.
    avatar

    02 марта 2012, 14:19
    +41.73 ger9 — Санкт-Петербург
    А вот этого не знал. Я думал это просто комплекты для самосборки. А в чем выражается брак, ничего об этом не слышал?
    avatar

    02 марта 2012, 14:41
    0.00 Green_MAN — Київ
    В отклонение параметров от заданных. То есть они работоспособны, но могут иметь КПД ниже, дефекты в размерах итд.

    Китайцы таким постоянно практикуют. Большинство аккумуляторов с горячо любимого http://www.dealextreme.com/ это отбраковка после производства брендовых товаров. На все что не прошло проверку, вешают этикетку Ultrafire, trustfire итд в смело в продажу. Как правило заявленная емкость далеко не отвечает реальности.
    avatar

    02 марта 2012, 14:50
    +41.73 ger9 — Санкт-Петербург
    Спасибо, следовало ожидать подобного, если подумать. Но я, как истинный военный, такими глупостями не занимаюсь.
    А по теме, думаю, что для своей сборки — это не фатально, хотя по-первости не стоит наглухо заделывать сборку, ибо может придется заменять выгоревшие некондиции.
    avatar

    02 марта 2012, 14:56
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    при правильной сборке они по определению не могут выгореть,
    их запаивают и делаю неразборными.
    работают без перерыва больше 30 лет.
    Проблема для сборки это вакуумная печь.
    avatar

    02 марта 2012, 15:05
    +41.73 ger9 — Санкт-Петербург
    Выгореть, как я представляю теоретически, может как раз слабое звено.   Хотя флужу уже. Когда ждать экспериментов? Могу подкинуть архив по автономному питанию. Насобирал кучу, а разгрести все лень.
    avatar

    02 марта 2012, 15:11
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    Если бы все так просто…
    Найти бы еще спонсора долларов на 500-700
    для экспериментов.
    avatar

    02 марта 2012, 14:46
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    95 процентов продаж там, это отбратковка промышленных образцов.
    изучаю тему уже 4 года.
    если из таких собирать батарею, но вся конструкция будет работать
    по самому слабому звену.
    если указано 1.75 ватт, то в реальности если хоть один будет 1 ватт
    то и все так же будут работать.
    Те которые уже паяные с хвостиками еще хуже.
    avatar

    03 марта 2012, 08:39
    ещё учитывай процент треснувших при пересылке модулей
    avatar

    02 марта 2012, 14:26
    Честно заработал + теме за доступное изложение и + в личку за знание вопроса. По изготовлению весьма интересно… ежели будете готовить материал то поделитесь выкладками либо в личку или сюда: 11-van@mail.ru сугубо для развития и личного пользования.
    С уважением Samvel.
    • v
    • +1
    avatar

    02 марта 2012, 14:47
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    забуду конечно же, но как будет что то готово интересное выложу конечно.
    avatar

    02 марта 2012, 15:11
    +8.54 zet — Минск
    для южных стран хорошее подспорье
    что же касается например беларуси, то у нас можно купить довольно эффективные батареи для нашей широты, даже в пасмурную погоду неплохо шуршат, но вот стоят они уж совсем несуразных денег
    • v
    • 0
    avatar

    02 марта 2012, 15:12
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    Это вы про какие?
    avatar

    05 марта 2012, 18:09
    +8.54 zet — Минск
    ну, там турции всякие да греции, но наверное на юге украины тоже неплохо будет работать, солнца там много
    avatar

    03 марта 2012, 08:41
    ну, поработал

    Уже подсчитано, что если в пустыне Сахара разместить солнечные батареи на территории 160 квадратных километров, то можно полностью отказаться от всех других источников и видов энергии нефти, газа, урана, воды, ветра и тд.
    Солнечные батареи состоят из кремния.
    Кремний самый распространённый материал на земле, к примеру песок.
    Так за чем же проблема?
    наверное проблема в доставке электричества до потребителя?
    • v
    • 0
    avatar

    03 марта 2012, 08:54
    +97.38 Nasmeshnik — город-герой Ангарск
    И не только. «Нефте-газовое лобби», равно как и «Угольное»- реально существующая сила. Причем, весьма влиятельная. ИМ нафиг не нужны прорывные технологии, отодвигающие их от пирога.
    avatar

    03 марта 2012, 11:29
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    Расчеты конечно не мои.
    И конечно же проблема в транспортировке например на Чукотку.

    Это для примера расчитано.
    Пустыня ведь без дела простаивает
    avatar

    03 марта 2012, 22:44
    +34.62 Cuthbert — Киев
    Проблема в том, что солнечные батареи за весь свой срок эксплуатации не выработают того количества энергии, которое ушло на их изготовление.
    avatar

    03 марта 2012, 22:01
    +51.66 oven — г.Москва, ЮАО
    Surgik, за статью огромное спасибо.
    Можно попросить, раз уж Вы интересуетесь альтернативными источниками, и разбираетесь в них, то может Вы сможете найти что-то более подробное об этом источнике электроэнергии, т.к. я нашла только общие сведения ( thinkgreen.ru/tg/plitka-prevrashhayushhae-kineticheskuyu-energiyu-v-elektrichestvo/, официальный сайт (англ.яз): www.pavegen.com/energy-harvesting-applications.php )
    Еще интересно есть ли российский аналог, и возможно ли его собрать «на коленке».
    Я думаю, что в случае БП это все же более подходящий источник, чем солнечные батареи и веряки.
    О бытовом применении я не говорю, а вот использовать его при питании сигнализации или подключить аккумулятор к той же колючей проволоке, думаю будет не плохо. Кроме того, в отличие от всех остальных источников он не бросается в глаза, его можно использовать как в помещении так и на улице, дополнительного топлива не требует, например положить его на кухне перед плитой, кухонным столом и раковиной (пока ужин приготовишь — зарядишь аккумулятор ).
    Спасибо.
    • v
    • 0
    avatar

    04 марта 2012, 00:45
    +30.00 filipp — Екатеринбург
    А какой срок службы солнечной батарей? Они вечные или потихонечку выгорают?
    • v
    • 0
    avatar

    04 марта 2012, 00:48
    +30.00 filipp — Екатеринбург
    Простите, не заметил:
    Ресурс моно и поликристаллических пластин примерно одинаков, более 30 лет.
    Деградация 20% наступает после 25 лет использования.
    avatar

    05 марта 2012, 18:41
    +189.01 Sunman — Калужская область
    вспомнил, что пару лет назад поверял дозиметр, работающий от солнечной батареи, очень в диковинку было
    • v
    • 0
    avatar

    28 февраля 2013, 16:23
    +2.17 Prozektor — Москва
    Всех приветствую! Заранее извиняюсь, что поднял довольно старую тему. Меня интересует такой вопрос существуют ли Термоэлектрические модули или Солнечные модули способные давать достаточное напряжение и силу тока для беспрерывной работы ноутбука в полевых условиях. Заранее спасибо.
    • v
    • 0
    avatar

    28 февраля 2013, 16:30
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    Модулями не потянете, а солнечными вполне.
    Батареи в 65-80 ватт вполне достаточно для ноута любого.
    avatar

    28 февраля 2013, 16:53
    +2.17 Prozektor — Москва
    Спасибо за информацию. Облазил в интернете таких мощностей что то в продаже нет=( Нашол вот такой девайс 120 volt AC, 12 volt DC, and USB Output*
    Call for Details

    Вот тут theepicenter.com/power_sources_generators_and_batteries.html

    Не могу понять он что дает 120 V? 0о
    avatar

    28 февраля 2013, 17:55
    del
    avatar

    23 марта 2014, 10:26
    0.00 MrMaster — Москва
    Очень интересная статья! Автору респект!
    Для желающих познакомиться поближе с ценами на солнечными батареи для загородного дома могу порекомендовать сайт http://sun-shines.ru — в прошлом году приобрёл у них комплект из 4-х солнечных панелей.
    • v
    • 0
    Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.