{jcomments on}Принцип работы солнечных батарей и солнечных коллекторов.

Солнечная энергия. как и другие природные возобновляемые источники энергии, может быть сравнительно просто преобразована непосредственно в электричество или же в  тепло.
В зависимости от получаемого вида энергии и различают два вида оборудования: солнечные батареи преобразуют энергию солнца непосредственно в электричество, а солнечные коллекторы  используют теплоноситель для преобразования энергии солнца в тепло.

1. Солнечные батареи правильно называются  фотоэлектрическими  элементами. Такие элементы для солнечного света называют еще и гелио, хотя свет может быть не обязательно солнечный.
С  целью получения электроэнергии  применяются  фотоэлементы, которые преобразуют энергию света (отсюда и название – фото)  в электрическую. Их принцип работы основан на свойстве  «p-n» перехода в полупроводниках, открытом еще в  конце ХIХ-го века.
Сами фотоэлементы  чаще всего выполнены из пластин на основе чистого кристаллического материала, например, кремния. Перспективными также считаются фотоэлементы, изготовленные из соединений меди, индия, селена, галлия, кадмия.

Конструктивно фотоэлементы могут быть различных размеров – от крохотных для зарядки часов и мобильных телефонов до фотоэлектрических панелей, объединяющих множество элементов в единый модуль.  Такие солнечные  панели – модули устанавливаются на автомобилях, крышах и стенах жилых домов, на отелях, кемпингах, теплицах и  животноводческих комплексах в сельских и фермерских хозяйствах. Крупные солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и прочих машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.), называются Гелиоэлектростанциями (ГЕЭС).

Солнечные батареи рекомендуется использовать в широтах, имеющих достаточно хорошее естественное освещение., но не очень высокую температуру, т.к.  при значительно высоких температурах КПД солнечных пластин уменьшается.

Основной характеристикой солнечного модуля является пиковая мощность, измеряемая в Ваттах (Вт). Эта характеристика показывает мощность модуля в оптимальных условиях – при максимальном солнечном излучении 1 кВт/м2, самой эффективной температуре 25ºС и солнечном спектре на широте 45°(АМ1,5). Но в обычных условиях удается достичь этого показателя крайне редко – освещенность как правило ниже, а модуль нагревается во время работы в солнечный день намного выше указанной температуры – до 60-70ºС.

Благодаря  возможности наборной модульности конструкций батарей, их силу тока и мощность можно  подобрать и отрегулировать  под конкретные условия  светового  и температурного режима в месте эксплуатации, увеличивая или уменьшая количество модулей  а солнечной  панели.

В  2011 году ожидается поступление на рынок солнечных элементов с эффективностью 39%. Уже сегодня  в отдельных лабораториях получены солнечные элементы с эффективностью 43 %.

По мнению Европейской Ассоциации Фотовольтаики (EPIA), к 2020 году стоимость электроэнергии, вырабатываемой «солнечными» системами снизится до уровня менее 0,10 евро за кВт\ч для промышленных установок и менее 0,15 евро за кВт\ч для установок в жилых зданиях. При этом  специалисты очень высоко оценивают экологическую составляющую, включая отсутствие выбросов CO₂ в атмосферу

2.Солнечные коллекторы работают по другому принципу.Коллекторы обогревают носитель тепла за счет сбора тепловой энергии видимого и инфракрасного света солнца.

Наиболее известны солнечные коллекторы трех типов: плоские, вакуумно-трубчатые и коллекторы-концентраторы.

Плоские коллекторы. Основные составляющие элементы -  абсорбер ( поглощающий солнечную энергию), слой прозрачного закаленного стекла и теплоноситель. При отсутствии оттока тепла плоские коллекторы способны нагреть воду  до 190—200 °C. Специалисты считают, что для южных широт более приемлемо использование материала - алюминия, а конструкция – пластины. Медь же и вакуумные трубки больше подходят для средних и северных широт.

Вакуумно-трубчатые коллекторы способны  нагревать  теплоноситель вплоть до температуры 250—300 °C при отсутствии оттока тепла. Это достигается за счет герметизации и создания вакуума в коллекторе.

Конструкция вакуумированного трубчатого коллектора с тепловой трубкой похожа на конструкцию термоса: одна стеклянная/металлическая трубка вставлена в другую большего диаметра. Между ними - вакуум, который представляет собой отличную теплоизоляцию. Благодаря ему потери на излучение, особенно заметные при повышенных температурах нагреваемой воды, очень низкие.

Составные элементы (см. рис.): 1 - внутренний коллектор, 2 - внутренний теплообменник, 3 - алюминиевая пластина, 4 - тепловая трубка, 5 - вакуумная труба полностью из стекла

В каждую вакуумированную трубку встроена пластина поглотителя со специальным покрытием, гарантирующим высокий уровень поглощения солнечной энергии и малую эмиссию теплового излучения. Под поглотителем установлена тепловая труба, заполненная испаряющейся жидкостью.
С помощью гибкого соединительного элемента тепловая труба подсоединена к конденсатору, находящемуся в теплообменнике типа "труба в трубе". Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова. Приемник солнечного коллектора медный с теплоизоляцией. Передача тепла происходит через медную "гильзу" приемника, благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, и при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать.
.
Наиболее важное преимущество вакуумированного коллектора с тепловой трубкой заключается в том, что он способен работать при температурах до -30°С (коллекторы со стеклянными тепловыми трубками) или даже до -45°С (коллекторы с металлическими тепловыми трубками).

Коллекторы – концентраторы способны разогревать температуру теплоносителя до еще более высоких значений и обычно используются в крупных промышленных проектах.

Увеличение температур достигается с помощью оборудования слежения за солнцем и системой линз, отражателей и других оптических приспособлений, способных собирать солнечную энергию в более концентрированный пучок света.

Стоимость электроэнергии, вырабатываемой такими установками будет еще дешевле, чем электроэнергия плоских и вакуумно-трубчатых солнечных коллекторов.

.