Як сонячні панелі перетворюють сонячне світло в електрику

У 2015 році в світі щодня встановлювалося близько півмільйона сонячних панелей. Кількість сонячної енергії, яка, як очікується, буде додано в найближчі роки, еквівалентно 70 000 нових сонячних панелей щогодини - достатньо, щоб покривати 1000 футбольних полів кожен день. За оцінками, до 2022 році світова потужність сонячної енергії збільшиться втричі, що обумовлено попитом в Китаї та постійно зростаючими витратами на покупку і установку сонячних панелей і батарей.

31 січня 2019 року, м. Київ, Україна

Це було не так давно, що Китай мав репутацію незграбного забруднювача смогу. Але це змінюється - і швидко. Сьогодні Китай щороку інвестує у вітряну, гідроенергію та сонячну енергію більше, ніж будь-яка інша країна. У червні 2017 року він ще раз підкреслив свою лідируючу роль у світі будівництва та використання відновлюваних джерел енергії, підключивши найбільшу в світі сонячну електростанцію на відкритій воді.

Сонячна електростанція плаває у місті Хуайнань, на сході в області Аньхой. Він має потужність 40 МВт, що достатньо для живлення невеликого міста. І в такт приємною символіки, завод пливе над затопленим колишнім вугледобувним регіоном.

Плаваючі сонячні батареї використовуються вже більше десяти років. У них є кілька переваг; вони не займають ніякого цінного простору на землі, а охолоджуючий ефект води, по якій плавають панелі, робить їх більш ефективними. Вони також можуть допомогти зменшити випаровування води для пиття або зрошення шляхом перехоплення сонячного світла, перш ніж він потрапить на поверхню резервуара.

Але хоча технологія добре відома, завод в Хуайнане являє собою гігантський крок вперед у масштабі. Раніше найбільшою плаваючою сонячною батареєю була електростанція потужністю 6,3 МВт, розташована у Великобританії. Це було кілька затьмарене в 2018 році запуском сонячного заводу в Японії, який виробляє 13,7 МВт.

Поряд з прискоренням інвестицій в поновлювані джерела енергії Китай також гальмує споживання викопного палива. У січні цього року енергетичний регулятор країни зупинив будівництво більше 100 вугільних електростанцій по всій країні з загальною потужністю 100 гігават

За даними Міжнародної енергетичної асоціації (МЕА), в 2016 році фотоелектрична енергетика солненой енергії зростала швидше, ніж будь-яке паливо, і в найближчі чотири роки буде додано набагато більше сонячної енергії, ніж будь-який інший вид відновлюваної енергії, включаючи вітряну і гідроенергетику.

Очікується, що Китай додасть 40% нових сонячних панелей в світі в період з теперішнього часу до 2022 року, незважаючи на те, що він вже перевершив план сонячної енергії на 2020 рік.

Стурбованість з приводу якості повітря і той факт, що Китай несе відповідальність за виробництво майже двох третин сонячних панелей в світі, як очікується, приведе країну до досягнення сонячної потужності в 320 гігават (ГВт) до 2022 року - більше, ніж загальна електрична потужність Японії.

Поряд із сонячною експансією Китаю, МЕА очікує, що можливі поліпшення політики і регулювання в інших ключових країнах, таких як Індія, Японія і США, призведуть до того, що до 2022 року сукупна потужність світових сонячних фотоелектричних систем потроїться до 880 ГВт. До цього часу потужність поновлюваних джерел енергії в цілому повинна збільшитися на 43% - еквівалентно половині світових потужностей у вугільній енергетиці, на створення якої пішло 80 років.

Кабель-провід від провідного заводу в Європі виробництво в Німеччині р. Штудгарт - Lapp Kabel

Як ці плоскі голубуваті поверхні перетворять сонячні промені в електроенергію.

Поновлювані джерела енергії обігнали вугілля як найбільший в світі джерело виробництва електроенергії. І близько 30% цієї потужності обумовлено кремнієвими сонячними елементами, а деякі сонячні електростанції містять більше мільйона панелей. Але як працюють кремнієві елементи?

Силіконова осередок схожа на сендвіч з чотирьох частин. Хліб з обох сторін складається з тонких смужок металевих електродів. Вони витягують енергію, що генерується в сонячному елементі, і направляють її в зовнішній ланцюг.

Точно так само, як і у бутерброда, начинка є найцікавішою частиною - саме тут сонячні фотони перетворюються на корисне електрика. Заповнення сонячного елемента складається з двох різних верств силіконових напівпровідників: негативного і позитивного напівпровідника або, іншими словами, напівпровідників n - і p-типу.

Створення позитивних або негативних типів силікону відносно легка процедура. Силікон просочений елементами, відомими як легуючі речовини. Присадки замінюють деякі атоми кремнію в кристалічній структурі, що дозволяє маніпулювати кількістю електронів, присутніх у кожному шарі.

Наприклад, фосфор використовується для створення напівпровідника n-типу, а бор використовується для створення напівпровідника p-типу. Фосфор має на один електрон більше, ніж кремній. При заміщенні в кремнієву структуру електрон настільки слабо пов'язаний з фосфором, що може вільно переміщатися всередині кристала, створюючи негативний заряд.

З іншого боку, бор має менше електронів, ніж кремній, і поглинає електрони кремнію. Це створює «електронні " дірки» - області мобільного позитивного заряду в кристалічній структурі.

На кордоні розділу напівпровідника p - і n-типу позитивні електронні дірки і електрони об'єднуються. Це не просте електростатичне взаємодія, але в результаті виходить злегка позитивний заряд в напівпровіднику n-типу і злегка негативний заряд в напівпровіднику p-типу на межі розділу напівпровідників n - і p-типу – протилежність зарядів.

Пристрої плавного пуску для плавного пуску і зупинки асинхронних електродвигунів в наявності на складі в Києві!

Сонячні фотони проходять між смужками верхнього електрода і вдаряють атоми кремнію в кристалічну структуру. Подібно удару битка, стикається фотон дає деяким кремнієвим електронам достатньо енергії, щоб втекти від їх вихідного атома кремнію.

«Вільні» електрони рухаються і накопичуються в кремнії n-типу.

Як тільки вільні електрони накопичаться в кремнії n-типу, настав час змусити всі вільні електрони працювати. Щоб використати їх енергію, електроди повинні бути підключені через зовнішній ланцюг. Електрони протікають через електроди і зовнішню електричну ланцюг від n-типу до p-типу. Кремній р-типу діє як сток електронів.

Саме цей потік електронів створює електричний струм, який ми можемо використовувати для живлення приладів або зарядки батарей.