Фотоволтаичните системи

Фотоволтаичните системи осигуряват един от съвременните методи за производство на електрическа енергия. За разлика от обичайните електромеханични системи, те работят с възобновяем източник, като превръщат в електричество безплатните слънчевите лъчи. И все пак за правилната работа на подобна система са нужни още редица допълнителни компоненти, които да контролират, преобразуват, провеждат, разпределят и съхраняват произведената енергия. Друг подобен метод за производство на електроенергия от възобновяем източник е вятърната турбина.

Какво представлява съвременната фотоволтаична технология

Основният елемент на фотоволтаичните системи, който всички познаваме, е т. нар. фотоволтаична клетка (слънчев панел, модул, колектор). Това е полупроводниково устройство, което превръща светлина от слънчевите лъчи в постоянен ток. Обикновено в системата има повече от един панел, за да се осигури по-висока изходяща мощност. Към тях са свързани преобразувател, който превръща постоянния ток в променлив, акумулатор, който съхранява произведеното електричество, и контролер, който се грижи за правилното зареждане на акумулатора.

Как работи фотоволтаичният панел

Основният компонент във фотоволтаичните системи е панелът. Обикновено клетките са изработени от два тънки слоя полупроводници, между които се създава добре познатият ни P-N преход (чрез който работят диодите). Става дума за допълнително обработен силиций, който в единия случай играе ролята на емитер, а в другия – на колектор на P-N прехода. Панела има и защитно прозрачно покритие, което позволява на светлината да навлиза към полупроводника, както и тоководещи елементи, които да извеждат създадените мощности към акумулатора.

Когато върху повърхността на панела попадне фотон от слънчевата светлина с достатъчно голяма енергия, той отдава тази енергията на електрон от полупроводника и го откъсва от кристалната решетка. Електронът оставя след себе си свободна ковалентна връзка, която наричане електронна дупка. Множеството такива дупки позволява на съседните електрони да прескачат по-лесно от дупка в дупка, като на практика свободната връзка също се мести по полупроводника. Така се създават два движещи се токоносителя, наречени електрон и дупка, които се събират в двете страни на прехода. Те създават отрицателен заряд в емитера и положителен – в колектора на P-N прехода. Когато към тези два края на прехода се свържат проводници, те създават електрическа верига, по която протича електрически ток.

Стандартната клетка произвежда около 0,5-0,6 V постоянен ток при отворена верига без товар. Но производството на електричество зависи от повърхността на панела и интензитета на светлината, която достига до него, така че напрежението може да достигне няколко пъти по-големи стойности. За да се повиши крайното напрежение, е нужно да се използват много последователно свързани клетки.

Преобразувателите

Другият важен елемент във фотоволтаичните системи са добре познатите ни преобразуватели тип инвертори, които превръщат постоянния ток в променлив. Те не произвеждат допълнително количество енергия, само променят параметрите на протичащото през тях електричество. Целта на употребата им е ясна – да направят така, че произведеното от панела електричество да стане подходящо за употреба в стандартизираната система на електрозахранване, която използваме в бита или производството. Те са най-скъпият елемент на фотоволтаичната система след самите панели.

За да осигурят качество и безопасност при производството на електричество от слънчева енергия, те имат висока ефективност (обикновено над 90%), могат да прекъсват веригата и да осигуряват заземяване, както и да изключват цялата система, когато има загуба на мощност.

Видове фотоволтаични системи

В днешно време има три поколения фотоволтаични панели. Първите имат само един P-N преход. Вторите са многослойни, като във всеки слой P-N преходът реагира на различна дължина на светлинната вълна, която достига до него. Така е по-лесно да се използва целия спектър на слънчевата светлина и да се получава по-голямо количество енергия. Третото поколение панели не са създадени от класически силиций, а от органични полимери, полупроводникови нанокристали и фотоелектрохимични батерии.

Според предназначението им най-общо можем да говорим за няколко вида фотоволтаични системи:

  • Самостоятелни системи, които произвеждат електроенергия за определен консуматор – домакинство, производствен цех и др. Обикновено се използват на отдалечени места, където няма връзка с електрическата мрежа.
  • Системи, които произвеждат електричество за мрежата.
  • Хибридни системи, които обслужват определен консуматор, но са свързани и към мрежата, в която отдават излишъка от произведена енергия или от която черпят електричество при недостиг на собствени запаси.

Предимства и недостатъци на фотоволтаичните системи

Като основни предимства на фотоволтаичните системи се приемат:

Дават възможност за енергийна независимост.

  • Съставени са от модули, които сравнително лесно се транспортират, сглобяват и разширяват при нужда.
  • Екологично чисто производство от безплатен източник (слънчева светлина).
  • Съвместимост със стандарта на националната електрическа мрежа.
  • Минимална поддръжка.
  • Дълъг живот.
  • Многобройни начини на употреба – от преносими, независими зарядни устройства за малки електронни устройства през системи за обслужване на домове и производствени помещения до соларни „плантации” за масово производство на електричество.

Разбира се, фотоволтаичните системи имат и своите недостатъци:

  • Сравнително висока цена на модулите и оборудването в сравнение с обичайните системи.
  • Изискванията за площ на соларните панели при осигуряването на исканите мощности невинаги могат да бъдат покрити.

Производство

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *