Konverter fotolistrik surya. Konversi energi matahari merupakan cara yang menjanjikan untuk pengembangan energi. Jenis konverter fotolistrik

Jenis konverter fotolistrik

Dari sudut pandang energi, perangkat yang paling hemat energi untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik (karena ini adalah transisi energi satu tahap langsung) adalah konverter fotolistrik semikonduktor (PVC). Pada karakteristik suhu kesetimbangan sel surya dengan urutan 300–350 Kelvin dan T matahari ~ 6000 K, efisiensi teoritis pembatasnya adalah >90%. Ini berarti bahwa, sebagai hasil dari optimalisasi struktur dan parameter konverter, yang ditujukan untuk mengurangi kehilangan energi yang tidak dapat diubah, sangat mungkin untuk meningkatkan efisiensi praktis menjadi 50% atau lebih (di laboratorium, efisiensi 40% telah dilakukan. tercapai).

Penelitian teoretis dan perkembangan praktis di bidang konversi fotolistrik energi matahari telah mengkonfirmasi kemungkinan realisasi nilai efisiensi tinggi dengan sel surya dan telah mengidentifikasi cara utama untuk mencapai tujuan ini.

Konsentrasi dopan pada lapisan ini harus jauh lebih tinggi daripada konsentrasi dopan pada bahan dasar (kristal tunggal asli) untuk menetralkan pembawa muatan bebas utama yang ada di sana dan menciptakan konduktivitas dengan tanda yang berlawanan. Pada batas lapisan-n dan lapisan-p, sebagai akibat dari kebocoran muatan, terbentuk zona kosong dengan muatan volume positif tak terkompensasi pada lapisan-n dan muatan volume negatif pada lapisan-p. Zona-zona ini bersama-sama membentuk persimpangan p-n. Penghalang potensial (beda potensial kontak) yang muncul di persimpangan mencegah lewatnya pembawa muatan utama, mis. elektron dari sisi lapisan-p, tetapi dengan bebas melewati pembawa minor dalam arah yang berlawanan. Properti persimpangan p-n ini menentukan kemungkinan mendapatkan ggl-foto saat menyinari sel surya dengan sinar matahari. Pembawa muatan non-ekuilibrium (pasangan elektron-lubang) yang dibuat oleh cahaya di kedua lapisan sel surya dipisahkan di persimpangan p-n: pembawa minor (yaitu elektron) bebas melewati persimpangan, dan yang utama (lubang) tertunda . Jadi, di bawah aksi radiasi matahari, arus pembawa muatan minoritas nonequilibrium, fotoelektron dan lubang foto, akan mengalir melalui persimpangan p-n di kedua arah, yang persis dibutuhkan untuk pengoperasian sel surya. Jika sekarang kita menutup sirkuit eksternal, maka elektron dari lapisan-n, setelah melakukan pekerjaan pada beban, akan kembali ke lapisan-p dan bergabung kembali (bergabung) dengan lubang yang bergerak di dalam sel surya dengan arah yang berlawanan. Untuk mengumpulkan dan melepaskan elektron ke sirkuit eksternal, terdapat sistem kontak pada permukaan struktur semikonduktor FEP. Di bagian depan, permukaan konverter yang menyala, kontak dibuat dalam bentuk kisi atau sisir, dan di bagian belakang bisa padat.

Kehilangan energi ireversibel utama dalam sel surya dikaitkan dengan:

refleksi radiasi matahari dari permukaan transduser,
bagian dari radiasi melalui sel surya tanpa penyerapan di dalamnya,
hamburan pada getaran termal kisi energi foton berlebih,
rekombinasi fotopairs yang terbentuk pada permukaan dan volume sel surya,
resistansi internal konverter,
dan beberapa proses fisik lainnya.

Untuk mengurangi semua jenis kehilangan energi dalam sel surya, berbagai langkah sedang dikembangkan dan berhasil diterapkan. Ini termasuk:

penggunaan semikonduktor dengan celah pita optimal untuk radiasi matahari;
peningkatan yang ditargetkan dari sifat-sifat struktur semikonduktor dengan doping yang optimal dan penciptaan medan listrik bawaan;
transisi dari struktur semikonduktor homogen ke heterogen dan graded-gap;
optimalisasi parameter desain sel surya (kedalaman p-n-junction, ketebalan lapisan dasar, frekuensi kisi kontak, dll.);
penggunaan pelapis optik multifungsi yang menyediakan antirefleksi, kontrol termal, dan perlindungan sel surya dari radiasi kosmik;
pengembangan sel surya yang transparan pada daerah gelombang panjang spektrum matahari di luar tepi pita serapan utama;
pembuatan kaskade sel surya dari semikonduktor yang dipilih secara khusus untuk lebar celah pita, yang memungkinkan untuk mengubah di setiap kaskade radiasi yang telah melewati kaskade sebelumnya, dll.;

Juga, peningkatan signifikan dalam efisiensi sel surya dicapai dengan membuat konverter dengan sensitivitas dua sisi (hingga + 80% untuk efisiensi satu sisi yang ada), penggunaan struktur pemancar ulang luminescent, dekomposisi awal sel surya spektrum menjadi dua atau lebih daerah spektral menggunakan multilayer film beam splitter (cermin dichroic ) dengan transformasi selanjutnya dari setiap bagian spektrum dengan sel surya terpisah, dll.

Dalam sistem konversi energi SES (pembangkit listrik tenaga surya), pada prinsipnya, semua jenis sel surya dari berbagai struktur yang dibuat dan sedang dikembangkan berdasarkan berbagai bahan semikonduktor dapat digunakan, tetapi tidak semuanya memenuhi persyaratan untuk sistem ini:

keandalan tinggi dengan masa pakai yang lama (puluhan tahun!)
ketersediaan bahan baku dalam jumlah yang cukup untuk pembuatan elemen sistem konversi dan kemungkinan mengatur produksi massalnya;
dapat diterima dari sudut pandang periode pengembalian, biaya energi untuk pembuatan sistem transformasi;
biaya energi dan massa minimum yang terkait dengan kontrol konversi energi dan sistem transmisi (ruang), termasuk orientasi dan stabilisasi stasiun secara keseluruhan;
kemudahan perawatan.

Jadi, misalnya, beberapa bahan yang menjanjikan sulit diperoleh dalam jumlah yang diperlukan untuk membuat pembangkit listrik tenaga surya karena keterbatasan sumber daya bahan baku dan kompleksitas pengolahannya. Metode terpisah untuk meningkatkan energi dan karakteristik operasional sel surya, misalnya, dengan membuat struktur yang kompleks, kurang cocok dengan kemungkinan mengatur produksi massal dengan biaya rendah, dll. Produktivitas tinggi hanya dapat dicapai dengan pengorganisasian produksi sel surya yang sepenuhnya otomatis, misalnya, berdasarkan teknologi pita, dan penciptaan jaringan perusahaan khusus yang dikembangkan dari profil yang sesuai, yaitu. sebenarnya, seluruh industri, sepadan dengan skala industri radio-elektronik modern. Pembuatan sel surya dan perakitan baterai surya pada jalur otomatis akan mengurangi biaya modul baterai hingga 2-2,5 kali lipat.

Silikon dan gallium arsenide (GaAs) saat ini dianggap sebagai bahan yang paling mungkin untuk sistem konversi energi surya fotovoltaik dari pembangkit listrik tenaga surya, dan dalam kasus terakhir kita berbicara tentang heterophotoconverters (HFP) dengan struktur AlGaAs-GaAs.

Sel surya (konverter fotovoltaik) berdasarkan senyawa arsenik dengan galium (GaAs), seperti diketahui, memiliki efisiensi teoretis yang lebih tinggi daripada sel surya silikon, karena celah pitanya secara praktis bertepatan dengan celah pita optimal untuk konverter energi matahari semikonduktor =1 .4 eV. Untuk silikon, indikator ini \u003d 1,1 eV.

Karena tingkat penyerapan radiasi matahari yang lebih tinggi, yang ditentukan oleh transisi optik langsung dalam GaA, efisiensi sel surya yang tinggi berdasarkan mereka dapat diperoleh pada ketebalan sel surya yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan silikon. Pada prinsipnya, cukup memiliki ketebalan HFP 5–6 µm untuk mendapatkan efisiensi minimal 20%, sedangkan ketebalan elemen silikon tidak boleh kurang dari 50–100 µm tanpa penurunan efisiensi yang nyata. Keadaan ini memungkinkan untuk mengandalkan pembuatan HFP film ringan, yang produksinya membutuhkan bahan awal dalam jumlah yang relatif kecil, terutama jika dimungkinkan untuk menggunakan bukan GaA sebagai substrat, tetapi bahan lain, misalnya, safir sintetis. (Al2O3).

HFP juga memiliki karakteristik kinerja yang lebih menguntungkan dalam hal persyaratan untuk konverter SES dibandingkan dengan PVC silikon. Jadi, khususnya, kemungkinan mencapai nilai awal arus saturasi balik yang kecil di persimpangan p-n karena celah pita yang besar memungkinkan meminimalkan besarnya gradien suhu negatif dari efisiensi dan daya optimal HFP dan, sebagai tambahan, secara signifikan memperluas wilayah ketergantungan linier yang terakhir pada kerapatan fluks cahaya. Ketergantungan suhu eksperimental dari efisiensi HFP menunjukkan bahwa peningkatan suhu kesetimbangan yang terakhir menjadi 150–180 ° C tidak menyebabkan penurunan yang signifikan dalam efisiensi dan daya spesifik optimalnya. Pada saat yang sama, untuk sel surya silikon, kenaikan suhu di atas 60-70°C hampir kritis - efisiensinya turun setengahnya.

Karena ketahanannya terhadap suhu tinggi, sel surya gallium arsenide memungkinkan untuk menerapkan konsentrator radiasi matahari. Temperatur operasi HFP pada GaAs mencapai 180 °C, yang merupakan temperatur operasi yang cukup untuk mesin panas dan turbin uap. Jadi, untuk efisiensi inheren 30% dari HFP galium arsenida (pada 150°C), seseorang dapat menambahkan efisiensi mesin kalor dengan menggunakan limbah panas dari cairan yang mendinginkan fotosel. Oleh karena itu, efisiensi keseluruhan instalasi, yang juga menggunakan siklus ketiga pembuangan panas suhu rendah dari pendingin setelah turbin untuk pemanasan ruangan, bahkan bisa lebih tinggi dari 50-60%.

Selain itu, HFP berbasis GaAs, pada tingkat yang jauh lebih rendah daripada PVC silikon, rentan terhadap penghancuran oleh aliran proton dan elektron berenergi tinggi karena tingkat penyerapan cahaya yang tinggi dalam GaA, serta masa pakai dan panjang difusi yang diperlukan rendah. pembawa minoritas. Selain itu, percobaan telah menunjukkan bahwa sebagian besar cacat radiasi pada HFP berbasis GaAs menghilang setelah perlakuan panas (anil) pada suhu sekitar 150–180°C. Jika HFP GaAs terus beroperasi pada suhu sekitar 150°C, maka tingkat degradasi radiasi dari efisiensinya akan relatif kecil selama seluruh periode operasi aktif stasiun (ini terutama berlaku untuk pembangkit listrik tenaga surya luar angkasa, yang cahayanya berat dan ukuran sel surya dan efisiensi tinggi adalah penting).

Secara keseluruhan, dapat disimpulkan bahwa energi, massa, dan karakteristik operasional HFP berbasis GaAs lebih sesuai dengan persyaratan SES dan SCES (kosmik) daripada karakteristik PVC silikon. Namun, silikon adalah bahan yang jauh lebih mudah diakses dan dikuasai daripada gallium arsenide. Silikon tersebar luas di alam, dan stok bahan mentah untuk pembuatan sel surya berdasarkan itu praktis tidak terbatas. Teknologi pembuatan sel surya silikon sudah mapan dan terus ditingkatkan. Ada prospek nyata untuk mengurangi biaya sel surya silikon satu atau dua kali lipat dengan diperkenalkannya metode produksi otomatis baru, yang memungkinkan, khususnya, untuk mendapatkan pita silikon, sel surya area besar, dll.

Harga baterai fotovoltaik silikon telah menurun dalam 25 tahun sebesar 20-30 kali lipat dari 70-100 dolar/watt pada tahun tujuh puluhan menjadi 3,5 dolar/watt pada tahun 2000 dan terus menurun lebih jauh. Di Barat, revolusi diharapkan terjadi di sektor energi saat harga melewati tonggak 3 dolar. Menurut beberapa perhitungan, ini mungkin terjadi paling cepat tahun 2002, dan untuk Rusia dengan tarif energi saat ini, momen ini akan datang dengan harga 1 watt SB 0,3-0,5 dolar, yaitu dengan urutan harga yang jauh lebih rendah. Semuanya berperan di sini: tarif, iklim, garis lintang geografis, kemampuan negara untuk menetapkan harga riil, dan investasi jangka panjang. Dalam struktur yang benar-benar beroperasi dengan koneksi hetero, efisiensi saat ini mencapai lebih dari 30%, dan dalam semikonduktor homogen seperti silikon kristal tunggal - hingga 18%. Efisiensi rata-rata sel surya berbasis silikon kristal tunggal saat ini adalah sekitar 12%, meskipun mencapai 18%. Ini, pada dasarnya, SB silikon yang dapat dilihat hari ini di atap rumah di berbagai negara di dunia.

Berbeda dengan silikon, galium adalah bahan yang sangat langka, yang membatasi kemungkinan memproduksi HFP berdasarkan GaAs dalam jumlah yang diperlukan untuk penggunaan secara luas.

Gallium diekstraksi terutama dari bauksit, tetapi kemungkinan mendapatkannya dari abu batubara dan air laut juga sedang dipertimbangkan. Cadangan galium terbesar ditemukan di air laut, tetapi konsentrasinya di sana sangat rendah, hasil ekstraksi diperkirakan hanya 1% dan, oleh karena itu, biaya produksi cenderung mahal. Teknologi untuk produksi HFP berdasarkan GaA menggunakan metode epitaksi cair dan gas (berorientasi pertumbuhan satu kristal tunggal pada permukaan yang lain (pada substrat)), belum dikembangkan sejauh teknologi untuk produksi PVC silikon, dan akibatnya, biaya HFP sekarang secara signifikan lebih tinggi (berdasarkan pesanan) dari biaya sel surya silikon.

Biaya HFP ketika diproduksi secara massal berdasarkan teknologi canggih juga kemungkinan akan berkurang secara signifikan, dan secara umum, biaya sistem konversi sistem konversi energi pembangkit listrik tenaga surya GaAs HFP bisa sangat sepadan dengan biaya a sistem berbasis silikon. Jadi, saat ini sulit untuk sepenuhnya memberikan preferensi pada salah satu dari dua bahan semikonduktor yang dipertimbangkan - silikon atau gallium arsenide, dan hanya pengembangan lebih lanjut dari teknologi produksinya yang akan menunjukkan opsi mana yang lebih rasional untuk rekayasa tenaga surya darat dan luar angkasa. Sejauh SB menghasilkan arus searah, muncul tugas untuk mengubahnya menjadi variabel industri 50 Hz, 220 V. Kelas perangkat khusus, inverter, melakukan pekerjaan yang sangat baik dengan tugas ini.

Perhitungan sistem fotovoltaik.

Anda dapat menggunakan energi sel surya dengan cara yang sama seperti energi sumber listrik lainnya, dengan perbedaan sel surya tidak takut korsleting. Masing-masing dirancang untuk mempertahankan kekuatan arus tertentu pada tegangan tertentu. Namun tidak seperti sumber arus lainnya, karakteristik sel surya bergantung pada jumlah cahaya yang jatuh di permukaannya. Misalnya, cloud yang masuk dapat mengurangi daya keluaran hingga lebih dari 50%. Selain itu, penyimpangan dalam rezim teknologi memerlukan penyebaran parameter keluaran elemen-elemen dari satu batch. Oleh karena itu, keinginan untuk mendapatkan hasil maksimal dari konverter fotovoltaik mengarah pada kebutuhan untuk mengurutkan sel berdasarkan arus keluaran. Sebagai contoh ilustrasi dari "domba buruk yang merusak seluruh kawanan", berikut ini dapat dikutip: potong bagian pipa dengan diameter yang jauh lebih kecil menjadi celah di pipa air berdiameter besar, akibatnya, aliran air akan menurun drastis. Hal serupa terjadi dalam rangkaian parameter keluaran sel surya yang tidak seragam.

Sel surya silikon adalah perangkat non-linier dan perilakunya tidak dapat dijelaskan dengan rumus sederhana seperti hukum Ohm. Sebagai gantinya, untuk menjelaskan karakteristik elemen, Anda dapat menggunakan rangkaian kurva yang mudah dipahami - karakteristik tegangan arus (CVC)

Tegangan sirkuit terbuka yang dihasilkan oleh satu elemen sedikit berubah saat berpindah dari satu elemen ke elemen lainnya dalam satu batch dan dari satu pabrikan ke pabrikan lainnya dan sekitar 0,6 V. Nilai ini tidak bergantung pada ukuran elemen. Situasinya berbeda dengan saat ini. Itu tergantung pada intensitas cahaya dan ukuran elemen, yang mengacu pada luas permukaannya.

Elemen dengan ukuran 100 100 mm adalah 100 kali lebih besar dari elemen dengan ukuran 10 10 mm dan, oleh karena itu, di bawah iluminasi yang sama, ia akan menghasilkan arus 100 kali lebih besar.

Dengan memuat elemen, Anda dapat memplot ketergantungan daya keluaran pada voltase, mendapatkan sesuatu yang mirip dengan yang ditunjukkan pada Gambar. 2

Daya puncak sesuai dengan tegangan sekitar 0,47 V. Jadi, untuk menilai kualitas sel surya dengan benar, serta untuk membandingkan sel satu sama lain dalam kondisi yang sama, perlu memuatnya sehingga tegangan keluaran 0,47 V. Setelah elemen surya dipilih untuk bekerja, perlu disolder. Elemen serial dilengkapi dengan kisi pengumpul arus, yang dirancang untuk menyolder konduktor ke sana.

Baterai dapat dibuat dalam kombinasi yang diinginkan. Baterai paling sederhana adalah rantai sel yang terhubung seri. Anda juga dapat menghubungkan rantai secara paralel, mendapatkan apa yang disebut koneksi seri-paralel.

Poin penting dalam pengoperasian sel surya adalah rezim suhunya. Ketika elemen dipanaskan satu derajat di atas 25 ° C, ia kehilangan tegangan 0,002 V, mis. 0,4%/derajat. Gambar 3 menunjukkan keluarga kurva CVC untuk temperatur 25°C dan 60°C.

Pada hari yang cerah, elemen memanas hingga 60-70 ° C, masing-masing kehilangan 0,07-0,09 V. Ini adalah alasan utama penurunan efisiensi sel surya, yang menyebabkan penurunan tegangan yang dihasilkan oleh sel. Efisiensi sel surya konvensional saat ini berkisar antara 10-16%. Artinya elemen dengan ukuran 100-100 mm dalam kondisi standar dapat menghasilkan 1-1,6 watt.

Semua sistem fotovoltaik dapat dibagi menjadi dua jenis: otonom dan terhubung ke jaringan listrik. Stasiun jenis kedua mentransfer kelebihan energi ke jaringan, yang berfungsi sebagai cadangan jika terjadi kekurangan energi internal.

Sistem otonom umumnya terdiri dari satu set modul surya yang ditempatkan pada struktur pendukung atau di atap, baterai, pengontrol debit - pengisi daya baterai, dan kabel penghubung. Modul surya adalah komponen utama untuk membangun sistem fotovoltaik. Mereka dapat dibuat dengan tegangan keluaran apa pun.

Setelah sel surya dipilih, mereka harus disolder. Elemen serial dilengkapi dengan kisi pengumpul arus untuk menyolder konduktor ke elemen tersebut. Baterai dapat dibuat dalam kombinasi apapun.

Baterai paling sederhana adalah rantai sel yang terhubung seri.

Anda dapat menghubungkan rantai ini secara paralel, mendapatkan apa yang disebut koneksi seri-paralel. Secara paralel, hanya rantai (jalur) dengan voltase identik yang dapat dihubungkan, sedangkan arusnya, menurut hukum Kirchhoff, dijumlahkan.

Ketika digunakan di tanah, biasanya digunakan untuk mengisi baterai penyimpanan (baterai) dengan tegangan nominal 12 V. Dalam hal ini, sebagai aturan, 36 sel surya dihubungkan secara seri dan disegel dengan laminasi pada kaca, textolite, aluminium . Dalam hal ini, elemen ditempatkan di antara dua lapisan film penyegel, tanpa celah udara. Teknologi laminasi vakum memenuhi persyaratan ini. Dalam kasus celah udara antara kaca pelindung dan elemen, kehilangan pantulan dan penyerapan akan mencapai 20-30% dibandingkan dengan 12% tanpa celah udara.

Parameter kelistrikan sel surya disajikan, serta sel surya terpisah, dalam bentuk kurva arus-tegangan dalam kondisi standar (Standart Test Conditions), yaitu dengan radiasi matahari 1000 W / m2, suhu - 25 ° C dan spektrum matahari pada garis lintang 45 ° (AM1.5) .

Titik perpotongan kurva dengan sumbu tegangan disebut tegangan tanpa beban - Uxx, titik perpotongan dengan sumbu arus disebut arus hubung singkat Ikz.

Daya maksimum modul didefinisikan sebagai daya tertinggi menurut STC (Standart Test Conditions). Tegangan yang sesuai dengan daya maksimum disebut tegangan daya maksimum (tegangan operasi - Naik), dan arus yang sesuai disebut arus daya maksimum (arus operasi - Ip).

Oleh karena itu, nilai tegangan operasi untuk modul yang terdiri dari 36 elemen akan menjadi sekitar 16 ... 17 V (0,45 .... 0,47 V per elemen) pada 25 ° C.

Margin tegangan seperti itu dibandingkan dengan tegangan pengisian baterai penuh (14,4 V) diperlukan untuk mengkompensasi kerugian pada pengontrol pengisian daya baterai (akan dibahas nanti), dan terutama untuk mengurangi tegangan operasi modul ketika modul dipanaskan oleh radiasi : Koefisien suhu untuk silikon sekitar minus 0,4%/derajat (0,002 V/derajat untuk satu elemen).

Perlu dicatat bahwa tegangan rangkaian terbuka modul tidak terlalu bergantung pada iluminasi, sedangkan arus hubung singkat, dan, karenanya, arus operasi, berbanding lurus dengan iluminasi.

Jadi, ketika dipanaskan dalam kondisi operasi nyata, modul dipanaskan hingga suhu 60-70 ° C, yang sesuai dengan pergeseran titik tegangan operasi, misalnya untuk modul dengan tegangan operasi 17 V - dari 17 V hingga 13,7-14,4 V (0,38-0,4V per sel).

Berdasarkan semua hal di atas, perhitungan jumlah elemen modul yang terhubung seri perlu dilakukan.Jika konsumen perlu memiliki tegangan bolak-balik, maka inverter-konverter tegangan langsung ke tegangan bolak-balik ditambahkan ke kit ini.

Perhitungan FES berarti penentuan daya nominal modul, jumlahnya, skema koneksi; pilihan jenis, kondisi pengoperasian dan kapasitas baterai; kapasitas inverter dan pengontrol pelepasan muatan; penentuan parameter kabel penghubung.

Pertama-tama, perlu untuk menentukan daya total semua konsumen yang terhubung secara bersamaan. Kekuatan masing-masing diukur dalam watt dan ditunjukkan dalam lembar data produk. Pada tahap ini, sudah dimungkinkan untuk memilih daya inverter, yang setidaknya harus 1,25 kali dari yang dihitung. Harus diingat bahwa perangkat licik seperti kulkas kompresor pada saat diluncurkan menghabiskan daya 7 kali lebih banyak daripada papan nama.

Kisaran nominal inverter adalah 150, 300, 500, 800, 1500, 2500, 5000 W. Untuk stasiun bertenaga (lebih dari 1 kW), tegangan stasiun dipilih minimal 48 V, karena Pada daya yang lebih tinggi, inverter bekerja lebih baik dengan voltase input yang lebih tinggi.

Langkah selanjutnya adalah menentukan kapasitas baterai. Kapasitas baterai dipilih dari rentang kapasitas standar yang dibulatkan ke samping lebih besar dari yang dihitung. Dan kapasitas yang dihitung diperoleh hanya dengan membagi daya total konsumen dengan hasil kali tegangan baterai dan nilai kedalaman pengosongan baterai dalam pecahan.

Misalnya, jika total daya konsumen adalah 1000 Wh per hari, dan kedalaman pelepasan baterai 12 V yang diizinkan adalah 50%, maka kapasitas yang dihitung adalah:

1000 / (12 x 0,5) = 167 Ah

Saat menghitung kapasitas baterai dalam mode otonom penuh, perlu memperhitungkan adanya hari mendung di alam, di mana baterai harus memastikan pengoperasian konsumen.

Tahap terakhir adalah penentuan total daya dan jumlah modul surya. Perhitungan membutuhkan nilai radiasi matahari, yang diambil selama pengoperasian stasiun, ketika radiasi matahari minimal. Dalam hal penggunaan sepanjang tahun, ini adalah bulan Desember.

Di bagian meteorologi, nilai radiasi matahari bulanan dan total tahunan untuk wilayah utama Rusia diberikan, serta dengan gradasi sesuai dengan orientasi berbeda dari bidang penerima cahaya.

Mengambil dari sana nilai radiasi matahari untuk periode yang kita minati dan membaginya dengan 1000, kita mendapatkan apa yang disebut jumlah pico-jam, yaitu waktu bersyarat di mana matahari bersinar, seolah-olah, dengan intensitas 1000 W/m2.

Misalnya, untuk garis lintang Moskwa dan bulan Juli, nilai radiasi matahari adalah 167 kWh/m2 saat lokasi diorientasikan ke selatan dengan sudut 40o ke cakrawala. Artinya, rata-rata matahari bersinar pada bulan Juli selama 167 jam (5,5 jam per hari) dengan intensitas 1000 W/m2, meskipun iluminasi maksimum pada siang hari pada bidang yang berorientasi tegak lurus terhadap fluks cahaya tidak melebihi 700- 750 W/m2.

Modul Pw selama periode yang dipilih akan menghasilkan jumlah energi sebagai berikut: W = k Pw E / 1000, di mana E adalah nilai insolasi untuk periode yang dipilih, k adalah koefisien yang sama dengan 0,5 di musim panas dan 0,7 di musim dingin.

Faktor ini mengoreksi hilangnya daya sel surya saat dipanaskan oleh matahari, dan juga memperhitungkan kejadian miring sinar pada permukaan modul pada siang hari.

Perbedaan nilainya di musim dingin dan musim panas disebabkan oleh pemanasan elemen yang lebih rendah di musim dingin.

Berdasarkan total daya dari energi yang dikonsumsi dan rumus di atas, mudah untuk menghitung daya total modul. Dan mengetahuinya, hanya dengan membaginya dengan pangkat satu modul, kita mendapatkan jumlah modul.

Saat membuat FES, sangat disarankan untuk mengurangi kekuatan konsumen sebanyak mungkin. Misalnya, gunakan (jika mungkin) hanya lampu neon sebagai iluminator. Lampu seperti itu, meski mengkonsumsi 5 kali lebih sedikit, memberikan fluks bercahaya yang setara dengan lampu pijar.

Untuk FES kecil, disarankan untuk memasang modulnya pada braket putar untuk rotasi optimal relatif terhadap sinar masuk. Ini akan meningkatkan kapasitas stasiun sebesar 20-30%.

Sedikit tentang inverter.

Inverter atau konverter arus searah ke arus bolak-balik dirancang untuk menyediakan catu daya berkualitas tinggi ke berbagai peralatan dan perangkat dengan tidak adanya atau kualitas catu daya AC rendah dengan frekuensi 50 Hz, tegangan 220 V, berbagai situasi darurat, dll.

Inverter adalah konverter DC berdenyut dengan tegangan 12 (24, 48, 60) V ke AC dengan tegangan stabil 220 V pada frekuensi 50 Hz. Sebagian besar inverter memiliki output tegangan SINUSOIDAL STABILISASI, yang memungkinkannya digunakan untuk memberi daya pada hampir semua peralatan dan perangkat.

Secara struktural, inverter dibuat dalam bentuk unit desktop. Di panel depan inverter, terdapat sakelar untuk pengoperasian produk dan indikator pengoperasian inverter. Pada panel belakang produk terdapat kabel (terminal) untuk menghubungkan sumber DC, misalnya baterai, kabel pentanahan untuk casing inverter, lubang dengan dudukan kipas (pendingin), soket euro tiga kutub untuk menghubungkan beban.

Tegangan yang distabilkan pada output inverter memungkinkan untuk menyediakan catu daya berkualitas tinggi ke beban jika terjadi perubahan / fluktuasi tegangan input, misalnya saat baterai habis, atau fluktuasi arus yang dikonsumsi oleh beban. Isolasi galvanik yang dijamin dari sumber DC pada input dan rangkaian AC dengan beban pada output inverter memungkinkan untuk tidak mengambil tindakan tambahan untuk memastikan keamanan operasi saat menggunakan berbagai sumber DC atau peralatan listrik apa pun. Pendinginan paksa pada bagian daya dan tingkat kebisingan yang rendah selama pengoperasian inverter memungkinkan, di satu sisi, untuk memastikan karakteristik bobot dan ukuran produk yang baik, di sisi lain, dengan jenis pendinginan ini, mereka tidak menimbulkan ketidaknyamanan dalam pengoperasian. bentuk kebisingan.

Panel kontrol bawaan dengan papan skor elektronik
Potensiometer kapasitansi yang memungkinkan penyesuaian halus dilakukan
Bilah disematkan yang dinormalisasi: WE WY STEROW
Rotasi rem bawaan
Radiator dengan kipas angin
Pengikatan estetika
Catu daya 230 V - 400 V
Kelebihan beban 150% - 60 detik
Waktu run-up 0,01...1000 detik
Filter listrik bawaan, kelas A
Suhu pengoperasian: -5°C - +45°C
port RS485
Kontrol langkah frekuensi: 0,01 Hz - 1 kHz
Kelas perlindungan IP 20

Secara fungsional menyediakan: menambah, mengurangi frekuensi, mengontrol kelebihan beban, terlalu panas.

Metode fotolistrik untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik didasarkan pada fenomena efek fotolistrik - pelepasan elektron konduksi pada penerima radiasi di bawah pengaruh kuanta radiasi matahari.

Efek ini digunakan dalam bahan semikonduktor, di mana energi radiasi kuanta H menciptakan, misalnya, P–N-transisi arus foto

SAYA F =en e ,

Di mana N e- jumlah elektron yang menciptakan perbedaan potensial di persimpangan, akibatnya arus bocor akan mengalir ke arah yang berlawanan di persimpangan SAYA, sama dengan arus foto, yang konstan.

Kehilangan energi dalam konversi fotolistrik disebabkan oleh penggunaan foton yang tidak lengkap, serta hamburan, resistensi, dan rekombinasi elektron konduksi yang telah muncul.

Yang paling umum dari sel surya yang tersedia secara komersial (fotosel) adalah sel silikon pipih. Ada juga jenis dan desain lain yang sedang dikembangkan untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi biaya sel surya.

Ketebalan sel surya tergantung pada kemampuannya untuk menyerap radiasi matahari. Bahan semikonduktor seperti silikon, gallium arsenide, dll digunakan karena mereka mulai menyerap radiasi matahari dengan panjang gelombang yang cukup panjang, dan dapat mengubah sebagian besar menjadi listrik. Penyerapan radiasi matahari oleh berbagai bahan semikonduktor mencapai nilai terbesarnya ketika ketebalan pelat berkisar antara 100 hingga 1 µm atau kurang.

Mengurangi ketebalan sel surya dapat secara signifikan mengurangi konsumsi bahan dan biaya pembuatannya.

Perbedaan daya serap bahan semikonduktor dijelaskan oleh perbedaan struktur atomnya.

Efisiensi mengubah energi matahari menjadi energi listrik tidak tinggi. Untuk elemen silikon tidak lebih dari 12...14%.

Untuk meningkatkan efisiensi sel surya, lapisan anti pantulan diterapkan pada sisi depan sel surya. Akibatnya, proporsi radiasi matahari yang ditransmisikan meningkat. Elemen yang tidak dilapisi memiliki kehilangan refleksi hingga 30%.

Baru-baru ini, sejumlah bahan baru telah digunakan untuk pembuatan sel surya. Salah satunya adalah silikon amorf, yang tidak seperti silikon kristal, tidak memiliki struktur yang teratur. Untuk struktur amorf, kemungkinan penyerapan foton dan transisi ke pita konduksi lebih tinggi. Oleh karena itu, ia memiliki daya serap yang besar. Gallium arsenide (GaAs) juga menemukan kegunaannya. Efisiensi teoretis sel berbasis GaAs dapat mencapai 25%, sel nyata memiliki efisiensi sekitar 16%.

Teknologi sel surya film tipis sedang dikembangkan. Terlepas dari kenyataan bahwa efisiensi elemen-elemen ini dalam kondisi laboratorium tidak melebihi 16%, mereka memiliki biaya yang lebih rendah. Ini sangat berharga untuk mengurangi biaya dan konsumsi material dalam produksi massal. Di AS dan Jepang, elemen film tipis dibuat pada silikon amorf dengan luas 0,1 ... 0,4 m 2 dengan efisiensi 8 ... 9%. Sel surya film tipis yang paling umum adalah sel kadmium sulfida (CdS) dengan efisiensi 10%.

Kemajuan lain dalam teknologi sel surya film tipis adalah produksi sel multilayer. Mereka memungkinkan Anda untuk menutupi sebagian besar spektrum radiasi matahari.

Bahan aktif sel surya cukup mahal. Untuk penggunaan yang lebih efisien, radiasi matahari dikumpulkan pada permukaan sel surya menggunakan sistem pemusatan (Gbr. 2.7).

Dengan peningkatan fluks radiasi, karakteristik elemen tidak memburuk jika suhunya dipertahankan pada tingkat suhu udara sekitar menggunakan pendinginan aktif atau pasif.

Ada sejumlah besar sistem pemusatan berdasarkan lensa (biasanya lensa Fresnel datar), cermin, prisma refleksi internal total, dll. Jika ada radiasi fotosel atau modul yang sangat tidak merata, ini dapat menyebabkan kerusakan sel surya.

Penggunaan sistem pemusatan mengurangi biaya pembangkit listrik tenaga surya, karena sel pemusatan lebih murah daripada sel surya.

Ketika harga sel surya menurun, kemungkinan membangun instalasi fotovoltaik skala besar muncul. Pada tahun 1984, 14 pembangkit listrik tenaga surya yang relatif besar dengan kapasitas 200 kW hingga 7 MW telah dibangun di AS, Italia, Jepang, Arab Saudi, dan Jerman.

Instalasi fotovoltaik surya memiliki sejumlah keunggulan. Ini menggunakan sumber energi yang bersih dan tidak habis-habisnya, tidak memiliki bagian yang bergerak dan karenanya tidak memerlukan pemantauan terus-menerus oleh personel pemeliharaan. Sel surya dapat diproduksi secara massal, yang akan mengurangi biayanya.

Panel surya dirakit dari modul surya. Namun, ada banyak pilihan jenis dan ukuran perangkat ini dengan efisiensi konversi energi yang sama dan teknologi produksi yang sama.

Karena pasokan energi matahari bersifat periodik, maka paling rasional untuk memasukkan sistem fotovoltaik ke dalam pembangkit listrik hibrida yang menggunakan energi matahari dan gas alam. Di stasiun-stasiun ini, turbin gas generasi baru dapat digunakan. Pembangkit listrik kecil hibrida, yang terdiri dari panel fotovoltaik dan generator diesel, sudah menjadi pemasok energi yang andal.

energi matahari- arah energi non-tradisional, berdasarkan penggunaan langsung radiasi matahari untuk memperoleh energi dalam bentuk apa pun. Energi matahari menggunakan sumber energi yang tidak ada habisnya dan ramah lingkungan, yaitu tidak menghasilkan limbah berbahaya. Produksi energi menggunakan pembangkit listrik tenaga surya sangat sesuai dengan konsep produksi energi terdistribusi.

fotovoltaik- metode menghasilkan energi listrik dengan menggunakan elemen fotosensitif untuk mengubah energi matahari menjadi listrik.

energi panas matahari- salah satu cara penggunaan praktis sumber energi terbarukan - energi matahari, digunakan untuk mengubah radiasi matahari menjadi panas air atau cairan pembawa panas dengan titik didih rendah. Energi panas matahari digunakan baik untuk pembangkit listrik industri maupun untuk memanaskan air untuk keperluan rumah tangga.

Baterai surya- istilah rumah tangga yang digunakan dalam pidato sehari-hari atau pers non-ilmiah. Biasanya, istilah "baterai surya" atau "panel surya" mengacu pada beberapa konverter fotovoltaik gabungan (fotosel) - perangkat semikonduktor yang secara langsung mengubah energi matahari menjadi arus listrik searah.

Istilah "fotovoltaik" berarti mode operasi normal dari fotodioda, di mana arus listrik dihasilkan semata-mata karena energi cahaya yang diubah. Faktanya, semua perangkat fotovoltaik adalah jenis fotodioda.

Konverter Fotolistrik (PVC)

Dalam sistem fotovoltaik, konversi energi matahari menjadi energi listrik dilakukan dalam konverter fotovoltaik (PVC). Bergantung pada bahan, desain, dan metode produksi, biasanya ada tiga generasi sel surya yang dibedakan:

FEP generasi pertama berdasarkan wafer silikon kristal;

sel surya generasi kedua berdasarkan film tipis;

FEP generasi ketiga berdasarkan bahan organik dan anorganik.

Untuk meningkatkan efisiensi konversi energi matahari, sel surya berdasarkan struktur cascade multilayer sedang dikembangkan.

FEP generasi pertama

Sel surya generasi pertama berbasis wafer kristal saat ini paling banyak digunakan. Dalam dua tahun terakhir, pabrikan telah berhasil mengurangi biaya produksi sel surya tersebut, yang memastikan penguatan posisi mereka di pasar dunia.

Jenis sel surya generasi pertama:

silikon monokristalin (mc-Si),

silikon polikristalin (m-Si),

berdasarkan GaA,

teknologi pita (EFG, S-web),

polisilikon lapis tipis (Apex).

FEP generasi kedua

Teknologi produksi sel surya film tipis generasi kedua melibatkan pengendapan lapisan dengan metode vakum. Teknologi vakum, dibandingkan dengan teknologi untuk produksi sel surya kristal, kurang intensif energi, dan juga ditandai dengan jumlah investasi modal yang lebih kecil. Itu memungkinkan untuk menghasilkan sel surya luas murah yang fleksibel, namun, faktor konversi elemen tersebut lebih rendah dibandingkan dengan sel surya generasi pertama.

Jenis sel surya generasi kedua:

silikon amorf (a-Si),

silikon mikro dan nano (μc-Si/nc-Si),

silikon pada kaca (CSG),

kadmium telurida (CdTe),

(di)tembaga-(indium-)gallium selenida (CI(G)S).

FEP generasi ketiga

Gagasan untuk membuat sel surya generasi ketiga adalah untuk lebih mengurangi biaya sel surya, meninggalkan penggunaan bahan mahal dan beracun demi polimer dan elektrolit yang murah dan dapat didaur ulang. Perbedaan penting juga kemungkinan menerapkan lapisan dengan metode pencetakan.

Saat ini, sebagian besar proyek di bidang sel surya generasi ketiga sedang dalam tahap penelitian.

Jenis sel surya generasi ketiga:

pewarna fotosensitisasi (DSC),

organik (OPV),

anorganik (CTZSS).

Instalasi dan penggunaan

Sel surya dirakit menjadi modul yang memiliki dimensi pemasangan standar, parameter kelistrikan, dan indikator keandalan. Untuk memasang dan mentransmisikan listrik, modul surya dilengkapi dengan inverter arus, baterai, dan elemen lain dari subsistem listrik dan mekanik.

Bergantung pada bidang aplikasinya, jenis instalasi tata surya berikut ini dibedakan:

stasiun swasta berdaya rendah, ditempatkan di atap rumah;

stasiun komersial dengan daya kecil dan menengah, terletak di atas atap dan di tanah;

stasiun surya industri yang menyediakan energi untuk banyak konsumen.

Nilai efisiensi maksimum fotosel dan modul dicapai dalam kondisi laboratorium

Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi sel surya

Dapat dilihat dari karakteristik pengoperasian panel fotovoltaik bahwa untuk mencapai efisiensi terbesar, diperlukan pemilihan resistansi beban yang tepat. Untuk melakukan ini, panel fotovoltaik tidak terhubung langsung ke beban, tetapi menggunakan pengontrol manajemen sistem fotovoltaik yang memastikan pengoperasian panel yang optimal.

Produksi

Sangat sering, fotosel tunggal tidak menghasilkan daya yang cukup. Oleh karena itu, sejumlah sel PV digabungkan menjadi apa yang disebut modul surya fotovoltaik dan penguat dipasang di antara pelat kaca. Perakitan ini dapat sepenuhnya otomatis.

Keuntungan

Ketersediaan publik dan sumber yang tidak habis-habisnya.

Keselamatan bagi lingkungan - meskipun ada kemungkinan bahwa pengenalan energi matahari secara luas dapat mengubah albedo (karakteristik kemampuan reflektif (hamburan)) permukaan bumi dan menyebabkan perubahan iklim (namun, dengan tingkat konsumsi energi saat ini , ini sangat tidak mungkin).

Kekurangan

Tergantung pada cuaca dan waktu hari.

Kebutuhan akan penyimpanan energi.

Dalam produksi industri - kebutuhan untuk menduplikasi pembangkit listrik tenaga surya dengan pembangkit listrik yang dapat bermanuver dengan daya yang sebanding.

Tingginya biaya konstruksi terkait dengan penggunaan elemen langka (misalnya, indium dan telurium).

Kebutuhan untuk membersihkan permukaan reflektif secara berkala dari debu.

Pemanasan atmosfer di atas pembangkit listrik.

Efisiensi konversi tergantung pada karakteristik listrik dari struktur semikonduktor yang tidak homogen, serta sifat optik sel surya, di antaranya fotokonduktivitas memainkan peran paling penting. Hal ini disebabkan fenomena efek fotolistrik internal pada semikonduktor ketika disinari dengan sinar matahari.

Kehilangan energi ireversibel utama dalam sel surya dikaitkan dengan:

refleksi radiasi matahari dari permukaan transduser,

bagian dari radiasi melalui sel surya tanpa penyerapan di dalamnya,

hamburan pada getaran termal kisi energi foton berlebih,

rekombinasi pasangan foto yang terbentuk pada permukaan dan volume sel surya,

resistansi internal konverter, dll.

Dari sudut pandang energi, perangkat yang paling hemat energi untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik (karena ini adalah transisi energi satu tahap langsung) adalah konverter fotolistrik semikonduktor (PVC). Pada karakteristik suhu kesetimbangan sel surya dengan orde 300-350 Kelvin dan T matahari ~ 6000 K, efisiensi teoritis pembatasnya adalah >90%. Ini berarti bahwa, sebagai hasil dari optimalisasi struktur dan parameter konverter, yang ditujukan untuk mengurangi kehilangan energi yang tidak dapat diubah, sangat mungkin untuk meningkatkan efisiensi praktis menjadi 50% atau lebih (di laboratorium, efisiensi 40% telah dilakukan. tercapai).

Konversi energi dalam sel surya didasarkan pada efek fotovoltaik yang terjadi pada struktur semikonduktor yang tidak homogen ketika terkena radiasi matahari.Heterogenitas struktur sel surya dapat diperoleh dengan doping semikonduktor yang sama dengan berbagai pengotor (menciptakan persimpangan p - n ) atau dengan menggabungkan semikonduktor yang berbeda dengan celah pita yang tidak sama - energi pelepasan elektron dari atom (penciptaan sambungan hetero), atau karena perubahan komposisi kimia semikonduktor, yang menyebabkan munculnya gradien celah pita ( pembuatan struktur graded-gap). Berbagai kombinasi dari metode ini juga dimungkinkan. Efisiensi konversi tergantung pada karakteristik listrik dari struktur semikonduktor yang tidak homogen, serta sifat optik sel surya, di antaranya peran terpenting dimainkan oleh fotokonduktivitas, karena fenomena efek fotolistrik internal pada semikonduktor ketika disinari. dengan sinar matahari. Prinsip pengoperasian sel surya dapat dijelaskan dengan contoh konverter dengan sambungan p-n, yang banyak digunakan dalam energi surya dan ruang angkasa modern. Transisi lubang elektron dibuat dengan mendoping pelat bahan semikonduktor kristal tunggal dengan jenis konduktivitas tertentu (yaitu, jenis p atau n) dengan pengotor yang menyediakan pembuatan lapisan permukaan dengan jenis yang berlawanan. konduktivitas. Konsentrasi dopan pada lapisan ini harus jauh lebih tinggi daripada konsentrasi dopan pada bahan dasar (kristal tunggal asli) untuk menetralkan pembawa muatan bebas utama yang ada di sana dan menciptakan konduktivitas dengan tanda yang berlawanan. Pada batas lapisan-n dan lapisan-p, sebagai akibat dari kebocoran muatan, terbentuk zona kosong dengan muatan volume positif tak terkompensasi pada lapisan-n dan muatan volume negatif pada lapisan-p. Zona-zona ini bersama-sama membentuk persimpangan p-n. Penghalang potensial (beda potensial kontak) yang muncul di persimpangan mencegah lewatnya pembawa muatan utama, mis. elektron dari sisi lapisan-p, tetapi dengan bebas melewati pembawa minor dalam arah yang berlawanan. Properti persimpangan p-n ini menentukan kemungkinan mendapatkan ggl-foto saat menyinari sel surya dengan sinar matahari. Pembawa muatan non-ekuilibrium (pasangan elektron-lubang) yang dibuat oleh cahaya di kedua lapisan sel surya dipisahkan di persimpangan p-n: pembawa minor (yaitu elektron) bebas melewati persimpangan, dan yang utama (lubang) tertunda . Jadi, di bawah aksi radiasi matahari, arus pembawa muatan minoritas nonequilibrium, fotoelektron dan lubang foto, akan mengalir melalui persimpangan p-n di kedua arah, yang persis dibutuhkan untuk pengoperasian sel surya. Jika sekarang kita menutup sirkuit eksternal, maka elektron dari lapisan-n, setelah melakukan pekerjaan pada beban, akan kembali ke lapisan-p dan bergabung kembali (bergabung) dengan lubang yang bergerak di dalam sel surya dengan arah yang berlawanan. Untuk mengumpulkan dan melepaskan elektron ke sirkuit eksternal, terdapat sistem kontak pada permukaan struktur semikonduktor FEP. Di bagian depan, permukaan konverter yang menyala, kontak dibuat dalam bentuk kisi atau sisir, dan di bagian belakang bisa padat. Kehilangan energi ireversibel utama dalam sel surya dikaitkan dengan:

Ш pantulan radiasi matahari dari permukaan transduser,
Ø lewatnya sebagian radiasi melalui sel surya tanpa penyerapan di dalamnya,
Hamburan pada getaran termal kisi energi foton berlebih,
Ш rekombinasi photopairs yang dihasilkan pada permukaan dan volume sel surya,
W resistansi internal konverter,
Ш dan beberapa proses fisik lainnya.

Untuk mengurangi semua jenis kehilangan energi dalam sel surya, berbagai langkah sedang dikembangkan dan berhasil diterapkan. Ini termasuk:

ь penggunaan semikonduktor dengan celah pita optimal untuk radiasi matahari;

ь menargetkan peningkatan sifat-sifat struktur semikonduktor dengan doping optimal dan penciptaan medan listrik bawaan;

l transisi dari struktur semikonduktor homogen ke heterogen dan graded-gap;

ь optimalisasi parameter desain sel surya (kedalaman p-n-junction, ketebalan lapisan dasar, frekuensi jaringan kontak, dll.);

ь penerapan pelapis optik multifungsi yang menyediakan antirefleksi, kontrol termal, dan perlindungan sel surya dari radiasi kosmik;

l pengembangan sel surya yang transparan di wilayah gelombang panjang spektrum matahari di luar tepi pita serapan utama;

- pembuatan sel surya kaskade dari semikonduktor yang dipilih secara khusus sesuai dengan lebar celah pita, yang memungkinkan untuk mengubah di setiap kaskade radiasi yang telah melewati kaskade sebelumnya, dll.;

· Keandalan tinggi dengan umur panjang (puluhan tahun!)
ketersediaan bahan baku dalam jumlah yang cukup untuk pembuatan elemen sistem konversi dan kemungkinan mengatur produksi massal mereka;
· Dapat diterima dari sudut pandang periode pengembalian, biaya energi untuk pembuatan sistem transformasi;
· biaya energi dan massa minimum yang terkait dengan kontrol konversi energi dan sistem transmisi (ruang), termasuk orientasi dan stabilisasi stasiun secara keseluruhan;
kemudahan perawatan.

Karena tingkat penyerapan radiasi matahari yang lebih tinggi, yang ditentukan oleh transisi optik langsung dalam GaA, efisiensi sel surya yang tinggi berdasarkan mereka dapat diperoleh pada ketebalan sel surya yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan silikon. Pada prinsipnya, cukup memiliki ketebalan HFP 5–6 µm untuk mendapatkan efisiensi minimal 20%, sedangkan ketebalan elemen silikon tidak boleh kurang dari 50–100 µm tanpa penurunan efisiensi yang nyata. Keadaan ini memungkinkan untuk mengandalkan pembuatan HFP film ringan, yang produksinya akan membutuhkan bahan awal dalam jumlah yang relatif kecil, terutama jika dimungkinkan untuk menggunakan bukan GaA sebagai substrat, tetapi bahan lain, misalnya sintetis. safir (Al 2 O 3).

Selain itu, HFP berbasis GaAs, pada tingkat yang jauh lebih rendah daripada PVC silikon, rentan terhadap penghancuran oleh aliran proton dan elektron berenergi tinggi karena tingkat penyerapan cahaya yang tinggi dalam GaA, serta masa pakai dan panjang difusi yang diperlukan rendah. pembawa minoritas. Selain itu, percobaan telah menunjukkan bahwa sebagian besar cacat radiasi pada HFP berbasis GaAs menghilang setelah perlakuan panas (anil) pada suhu sekitar 150–180°C. Jika HFP GaAs terus beroperasi pada suhu sekitar 150 °C, maka tingkat degradasi radiasi dari efisiensinya akan relatif kecil selama seluruh periode operasi aktif stasiun (ini terutama berlaku untuk pembangkit listrik tenaga surya luar angkasa, yang cahayanya berat dan ukuran sel surya dan efisiensi tinggi adalah penting).

Berbeda dengan silikon, galium adalah bahan yang sangat langka, yang membatasi kemungkinan memproduksi HFP berdasarkan GaAs dalam jumlah yang diperlukan untuk penggunaan secara luas.

Di pesawat ruang angkasa, di mana sumber utama arus adalah panel surya dan di mana rasio massa, ukuran, dan efisiensi yang dapat dipahami sangat penting, bahan utama untuk sel surya. baterai, tentu saja, adalah gallium arsenide. Kemampuan senyawa ini dalam sel surya untuk tidak kehilangan efisiensi saat dipanaskan dengan radiasi matahari terkonsentrasi 3-5 kali sangat penting untuk pembangkit listrik tenaga surya luar angkasa, yang karenanya mengurangi kebutuhan akan galium yang kurang. Cadangan tambahan untuk menghemat galium dikaitkan dengan penggunaan safir sintetis (Al 2 O 3) daripada GaAs sebagai substrat HFP energi SES berdasarkan GaAs HFP bisa sangat sepadan dengan biaya sistem berbasis silikon. Jadi, saat ini sulit untuk sepenuhnya memberikan preferensi pada salah satu dari dua bahan semikonduktor yang dipertimbangkan - silikon atau gallium arsenide, dan hanya pengembangan lebih lanjut dari teknologi produksinya yang akan menunjukkan opsi mana yang lebih rasional untuk rekayasa tenaga surya darat dan luar angkasa. Sejauh SB menghasilkan arus searah, muncul tugas untuk mengubahnya menjadi variabel industri 50 Hz, 220 V. Kelas perangkat khusus, inverter, melakukan pekerjaan yang sangat baik dengan tugas ini.

Konversi yang efisien dari sinar matahari bebas menjadi energi yang dapat digunakan untuk memberi daya pada perumahan dan fasilitas lainnya adalah impian yang disayangi oleh banyak pendukung energi hijau.

Tetapi prinsip pengoperasian baterai surya dan efisiensinya sedemikian rupa sehingga belum mungkin membicarakan efisiensi tinggi dari sistem semacam itu. Akan menyenangkan untuk mendapatkan sumber listrik tambahan Anda sendiri. Bukankah begitu? Selain itu, saat ini di Rusia, dengan bantuan panel surya, listrik "gratis" berhasil disuplai ke sejumlah besar rumah tangga pribadi. Apakah Anda masih tidak yakin harus mulai dari mana?

Di bawah ini kami akan memberi tahu Anda tentang perangkat dan prinsip pengoperasian panel surya, Anda akan mempelajari apa yang bergantung pada efisiensi tata surya. Dan video yang diposting di artikel akan membantu Anda merakit panel surya dari fotosel dengan tangan Anda sendiri.

Ada banyak nuansa dan kebingungan dalam topik "energi matahari". Seringkali sulit bagi pemula untuk memahami semua istilah asing pada awalnya. Tetapi tanpa ini, tidak masuk akal untuk terlibat dalam energi matahari, memperoleh peralatan untuk menghasilkan arus "matahari".

Karena ketidaktahuan, Anda tidak hanya dapat memilih panel yang salah, tetapi juga membakarnya saat terhubung, atau mengekstrak terlalu sedikit energi darinya.

Galeri Gambar

Pengembalian maksimum dari panel surya hanya dapat diperoleh dengan mengetahui cara kerjanya, terdiri dari komponen dan rakitan apa, dan bagaimana semuanya terhubung dengan benar.

Nuansa kedua adalah konsep istilah "baterai surya". Biasanya, kata "baterai" mengacu pada perangkat yang menyimpan listrik. Atau radiator pemanas biasa muncul di benak Anda. Namun, dalam kasus baterai surya, situasinya sangat berbeda. Mereka tidak mengumpulkan apa pun.