Как работают солнечные батареи? Объяснение науки о солнечной энергии .

Все мы знаем, что солнечные фотоэлектрические (PV) панели преобразуют солнечный свет в пригодную для использования электроэнергию, но мало кто знает настоящую науку, стоящую за этим процессом. На этой неделе в блоге мы собираемся углубиться в кропотливую науку о солнечной энергии. Это может показаться сложным, но все сводится к фотогальваническому эффекту; способность материи испускать электроны под действием света.

Прежде чем мы перейдем к молекулярному уровню, давайте взглянем на общий процесс генерации электроэнергии:

Основные этапы производства и передачи солнечной энергии

1. Солнечный свет попадает на солнечные панели и создает электрическое поле.
2. Генерируемое электричество течет к краю панели и в токопроводящий провод.
3. Токопроводящий провод подает электричество к инвертору, где оно преобразуется из постоянного тока в переменный, который используется для питания зданий.
4. Другой провод передает электричество переменного тока от инвертора к электрическому щиту на территории (также называемому коробкой выключателя), который распределяет электричество по всему зданию по мере необходимости.
5. Любая электроэнергия, которая не требуется при выработке, проходит через коммунальный счетчик и поступает в коммунальную электрическую сеть. По мере того, как электричество проходит через счетчик, он заставляет счетчик работать в обратном направлении, засчитывая вашу собственность за избыточную выработку.

Теперь, когда у нас есть базовое представление о генерации и потоке солнечной электроэнергии, давайте углубимся в науку, стоящую за солнечной фотоэлектрической панелью.

Наука о солнечных фотоэлементах

Солнечные фотоэлектрические панели состоят из множества небольших фотоэлектрических элементов — фотоэлектрических, что означает, что они могут преобразовывать солнечный свет в электричество. Эти элементы сделаны из полупроводниковых материалов, чаще всего из кремния, материала, который может проводить электричество, сохраняя при этом электрический дисбаланс, необходимый для создания электрического поля.

Когда солнечный свет попадает на полупроводник в солнечной фотоэлектрической ячейке (шаг 1 в нашем обзоре высокого уровня), энергия света в форме фотонов поглощается, выбивая некоторое количество электронов, которые затем свободно дрейфуют в ячейке. Солнечная батарея специально разработана из положительно и отрицательно заряженных полупроводников, соединенных вместе для создания электрического поля (см. изображение слева для визуализации). Это электрическое поле заставляет дрейфующие электроны течь в определенном направлении — к проводящим металлическим пластинам, выстилающим ячейку. Этот поток известен как энергетический поток, и сила тока определяет, сколько электроэнергии может произвести каждая ячейка. Как только свободные электроны попадают на металлические пластины, ток направляется в провода, позволяя электронам течь, как в любом другом источнике генерации электроэнергии (шаг 2 в нашем процессе).

Когда солнечная панель вырабатывает электрический ток, энергия течет по ряду проводов к инвертору (см. шаг 3 выше). В то время как солнечные панели генерируют электричество постоянного тока (DC), большинству потребителей электроэнергии требуется электричество переменного тока (AC) для питания своих зданий. Функция инвертора заключается в преобразовании электричества из постоянного тока в переменный, что делает его доступным для повседневного использования.

После того, как электричество преобразуется в пригодное для использования состояние (мощность переменного тока), оно передается от инвертора на электрический щит (также называемый блоком выключателя) [шаг 4] и распределяется по зданию по мере необходимости. Электричество теперь легко доступно для питания ламп, приборов и других электрических устройств с помощью солнечной энергии.

Любая электроэнергия, которая не потребляется через распределительную коробку, отправляется в коммунальную сеть через коммунальный счетчик (наш последний шаг, как указано выше). Коммунальный счетчик измеряет поток электроэнергии из сети в вашу собственность и наоборот. Когда ваша солнечная энергетическая система производит больше электроэнергии, чем вы используете на месте, этот счетчик фактически работает в обратном направлении, и вам засчитывается избыточная электроэнергия, выработанная в процессе чистого измерения. Когда вы используете больше электроэнергии, чем генерирует ваша солнечная батарея, вы получаете дополнительное электричество из сети через этот счетчик, обеспечивая его нормальную работу. Если вы не полностью отключились от сети с помощью решения для хранения, вам нужно будет получать некоторую энергию из сети, особенно ночью, когда ваша солнечная батарея не производит. Однако большая часть этой энергии сети будет компенсирована за счет избыточной солнечной энергии, которую вы вырабатываете в течение дня и в периоды меньшего использования.

В то время как детали, лежащие в основе солнечной энергетики, являются высоконаучными, не нужно быть ученым, чтобы объяснить преимущества, которые солнечная установка может принести бизнесу или владельцу недвижимости. Опытный разработчик солнечной энергии расскажет вам об этих преимуществах и поможет понять, подходит ли солнечное решение для вашего бизнеса.