Щоб під дією сонячного світла отримати електричний струм в об’ємах, значущих для господарського сектора та домовласників, існують дві технології.
Щоб під дією сонячного світла отримати електричний струм в об’ємах, значущих для господарського сектора та домовласників, існують дві технології:
- Фотовольтаїк - сонячні панелі одразу перетворють сонячне світло в електрику.
- Термоелектричні установки — використовується рідкий посередник-теплоносій.
Комбіновані сонячні електростанції можна віднести до третього типу. Для коректної роботи та високого коефіцієнту корисної дії фотовольтаїчних модулей, їх слід стабільно охолоджувати. Це стало точкою дотику обох технологій. Гібридні системи збирають електрику як з панелей, так і з охолоджуючого контуру, що суттєво підвищує ефективність, а значить і рентабельність установки.
Генерація електрики сонячними панелями
Фотовольтаїчний ефект
Принцип базується на фотоелектричному ефекті, але в цілому фотовольтаїк - більш широке фізіко-хімічне явище. Основними діючими особами є електрон та квант світла:
- Поглинання кванта електроном призводить до його переходу на більш високий енергетичний рівень, тобто на зовнішню орбіту атома. Тут зв’язок з ядром слабшає, електрон покидає межі атома і під дією потенціала Гальвані (внутрішнє електричне поле) рухається до аноду. Таким чином утворюється один складник електричного струму.
- Після виходу електрону, його місце залишається вакантним і називається «диркою». Його займають електрони від сусіднього атома, який знаходиться в зоні меншого позитивного потенціалу. Тобто фактично, «дірки» рухаються до катоду. Це друга складова фотовольтаїчного струму.
Джерелом потенціалу Гальвані слугує межа чуттєвих до сонячного світла напівпровідників. Сонячні панелі, у свою чергу, представляють собою масиви таких провідників, що об’єднані електричними зв’язками.
Види фотовольтаїчних елементів
Найбільш розповсюджені монокристалічні (основою яких є кремнієвий кристал з однородною структурою) та полікристалічні (об’єднання різнородних невеликих кристалів кремнія) панелі. Вони трохи відрізняються за ККД та за ціною, але, в принципі, на рівних правах використовуються у сонячних електростанціях.
Інша модифікація — плівкові полімерні сонячні батареї. На прозору основу, шар за шаром, наносять матеріали з різними функціями — електрон-донори та електрон-акцептори. У результаті виходить гнучка, тонка та легка структура, проте ККД за площею в неї набагато нижче. Окрім наукових лабораторій, технологія застосовується для створення енергоефективних вікон в будинках та автівках.
Весною 2018 року дослідницька група Уорикського університету (Ковентрі, Великобританія) заявила про виявлення третього типу фотовольтаїчного ефекту, під назвою «flexo-photovoltaics». Відмінність полягає в тому, що поштовхом для генерації сонячного електричного струму є деформаційний градієнт. Тобто, якщо кристали Si, TiO2 або SrTiO3 деформувати гострим предметом, вони перетворюються в фотовольтаїчни ячейки. Це відкриття може значно зменшити вартість будівництва сонячних електростанцій.
Основні вузли сонячної електростанції на основі панелей
Для того, щоб вироблену панелями електрику змогли споживати побутові пристрої, знадобиться:
- Панель;
- Інвертор — перетворює постійний струм у змінний струм заданої частоти;
- Накопичувач;
- Контролер заряду/розряду, що подовжує термін життя недешевих акумуляторних батарей;
- Спеціальні перетворювачи та лічильники, якщо система сполучається з електромережею загального користування.
Монтаж обладнання на об’єкті ми рекомендуємо доручити досвідченим професіоналам. Якщо потрібні подібні послуги — звертайтеся в компанію «Карбон КНС».
Термоелектричні геліоустановки
Головна відмінність — електрика виробляється опосередковано. Основним елементом конструкції виступають геліостати — великі дзеркала, сполучені з механізмом позиціонування відносно сонця.
Геліостати можуть приймати різну форму — круглі параболічні. параболоциліндрічні концентратори. Вони збирають сонячне світло в концентрований пучок та спрямовують його на теплоприймач, який заповнений рідким теплоносієм. Частіш за все для цих цілей використовуються мінеральні масла з високою температурою кіпіння, котрі отримали назву термінол.
Нагрітий теплоносій спрямовується в парогенератор. Утворена водяна пара подається на лопасті турбогенератора, котрий і виробляє електроенергію. Після конденсації, вода повторно спрямовується до парової установки.
Основні елементи системи такі ж, як і у класичної теплоелектростанції. Більш того, якщо сонячна електростанція використовується як єдине джерело електрики, передбачається резервний котел на класичному паливі — для пасмурних днів або високого навантаження вночі.
Термоелектричні геліоелектростанції розподіляють, в основному, за типом геліостату:
- Баштові;
- Тарільчасті;
- Параболоциліндрічні;
Особняком стоять сонячно-вакумні електростанції. Нагрівання повітря в локальній зоні створює потужний повітряний потік, котрий обертає повітряну турбіну.
Застосування тієї чи іншої сонячної електростанції залежить від кліматичних ланшафтних умов та призначення. Спеціалісти «Карбон КНС» пропонують комплексні рішення, що включають у себе всі етапи від розробки концепції, до запуску готового об’єкту в експлуатацію.
