Солнечный спектр содержит линии ионизированных и нейтральных металлов а также ионизированного водорода

Работа добавлена на сайт samzan.net:

1 Спектр солнечного излучения в космосе и на земле.

Солнечный спектр содержит линии ионизированных и нейтральных металлов, а также ионизированного водорода. В нашей галактике Млечный Путь насчитывается свыше 100 миллиардов звёзд. При этом 85 % звёзд нашей галактики — это звёзды, менее яркие, чем Солнце (в большинстве своём красные карлики). Как и все звёзды главной последовательности, Солнце вырабатывает энергию путём термоядерного синтеза. В случае Солнца подавляющая часть энергии вырабатывается при синтезе гелия из водорода.

Солнечный свет это электромагнитное излучение, исходящее от Солнца. На Земле, наша атмосфера фильтрует солнечный свет, защищая нас от вредного излучения и изменяет цвет солнечного света. Давайте посмотрим на все длины волн света в солнечном излучении.

Как вы, наверное, знаете, огромная температура и давление в ядре Солнца, заставляют превращаться водород в атомы гелия. Часть энергии, из этого слияния, выделяется в форме гамма-лучей. Эти гамма-лучи поглощаются частицами на Солнце, а затем повторно переизлучаются. Фотонам света требуется 200.000 лет, чтобы выбраться из ядра Солнца в пространство.

Поверхность Солнца, называется фотосферой, и именно в фотосфере, свет, наконец, вырывается в космос. Спустя долгое путешествие сквозь Солнце, фотоны теряют энергию и их длина волны изменяется.

Это хорошая новость, иначе развитие жизни на Земле, под постоянным облучением гамма-лучами, было бы затруднительно.

Спектр излучения Солнца это смесь различных длин волн. Тепло, которое мы ощущаем, это инфракрасное излучение с диапазоном длин волн от 1400 нм до 1 мм. Видимый свет, имеет длину волны от 400 до 700 нм.

В космосе, солнечный свет кажется белым, но здесь, на Земле, мы видим его желтым, потому что наша атмосфера отклоняет синие и фиолетовые фотоны.

Ультрафиолетовое излучение, к счастью, поглощается атмосферой Земли, оно довольно опасно для жизни. Спектр Солнечного света непрерывный, и в нем множество темных линий, вызванных поглощением света в холодных слоях его атмосферы.

Вся жизнь на Земле зависит от солнечной радиации. Это основной источник энергии на Земле, он управляет погодой на планете и океанической циркуляцией. Без этого источника энергии, Земля замерзнет.

2 Эффективность идеального солнечного элемента

эффективность - это отношение числа носителей, собранных солнечным элементом, к числу фотонов данной энергии, падающих на солнечный элемент. Ее можно представить либо как функцию энергии, либо как функцию длины волны. Квантовая эффективность равна единице, если были поглощены все фотоны определенной длины волны и собраны все неосновные носители, рожденные этими фотонами. Квантовая эффективность фотонов с энергией меньше энергии запрещенной зоны равна нулю. Кривая квантовой эффективности идеального солнечного элемента приведена ниже.

В то время как кривая идеальной квантовой эффективности имеет квадратную форму, квантовая эффективность большинства реальных СЭ уменьшается в связи с существованием рекомбинации. На квантовую эффективность влияют те же факторы, что и на вероятность разделения носителей. Например, пассивация лицевой поверхности оказывает влияние на носители, рожденные в непосредственной близости от нее, и, так как синий свет поглощается очень близко к поверхности, высокая скорость поверхностной рекомбинации отразится на "синей" части кривой квантовой эффективности. Аналогично и для зеленого света. Большая его часть поглощается в глубине полупроводника, и на вероятность разделения носителей, рожденных зеленым светом, будет влиять низкая диффузионная длина, что скажется на "зеленой" части кривой. Квантовую эффективность можно представить как вероятность разделения электронно-дырочных пар, созданных определенной длиной волны, проинтегрированную по всей толщине устройства и нормированную на число падающих фотонов.

"Внешняя" квантовая эффективность кремниевого солнечного элемента включает отраженный и прошедший свет. Однако практическое значение имеет квантовая эффективность света без отраженной и проходящей компонент. Она называется "внутренней" и представляет собой эффективность, с которой оставшиеся после отражения и пропускания фотоны могут создавать свободные носители. Таким образом, чтобы получить внутреннюю квантовую эффективность, нужно скорректировать кривую внешней квантовой эффективности, измерив отражающую и пропускающую способность СЭ.

3 Спектральная характеристика солнечного элемента.

СЭ предназначен для преобразования энергии оптического излучения с конкретным спектральным составом – спектральным составом

солнечного излучения – в электроэнергию. В связи с этим важной характеристикой СЭ является его спектральная чувствительность. Под спектральной чувствительностью СЭ понимается зависимость тока

короткого замыкания (фототока, напряжения холостого хода) от длины волны падающего монохроматического излучения, нормированная на единицу энергии падающего излучения данной длины волны.

Для понимания причин спектральной селективности СЭ рассмотрим генерацию фототока в СЭ. Оптические излучения различных длин волн проникают на разную глубину и создают свое

распределение рожденных светом пар электрон-дырка. Поэтому величина фототока определятся спектральным составом падающего излучения и пространственным расположением области обеднения – как

было отмечено выше, электрическое поле p-n-перехода разделяет

электроны и дырки, сгенерированные как в слое обеднения, так и на-

ходящиеся не далее диффузионной длины от области пространствен-

ного заряда. Действительно, неосновные носители заряда, генерируемые в пределах диффузионной длины от области пространственного

заряда (ОПЗ), могут диффундировать в эту область и разделятся электрическим полем.

Спектральная чувствительность имеет приблизительно то же значение, что и квантовая эффективность. Разница заключается в том, что если квантовая эффективность дает число электронов на выходе из СЭ, отнесенное к числу падающих фотонов, то спектральная чувствительность - это отношение тока, произведенного СЭ, к мощности падающего на него излучения.

4 Вольт-амперная характеристика солнечного элемента.

Уравнение описывает вольт-амперную характеристику

(ВАХ) идеального СЭ При освещении все точки кривой 1 рисунка сдвигаются на одну и ту же величину тока короткого замыкания SC J . Для идеального СЭ ток короткого замыканияSC ph J J .

Вольт-амперная характеристика идеального солнеч-

ного элемента (первый квадрант): 1 – в темноте; 2 – при освещении

С учетом сказанного выше, эквивалентная схема идеального СЭ

представляет собой параллельно соединенные генератор тока и иде-

альный диод

5 Закон Ламберта-Бугера.

Зако́н Бугера — Ламберта — Бера — физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.

Закон выражается следующей формулой:

где — интенсивность входящего пучка, — толщина слоя вещества, через которое проходит свет, — показатель поглощения (не путать с безразмерным показателем поглощения , который связан с формулой ,

где — длина волны).

Показатель поглощения характеризует свойства вещества и зависит от длины волны λ поглощаемого света. Эта зависимость называется спектром поглощения вещества. Закон Бугера — Ламберта — Бера экспериментально открыт французским учёным Пьером Бугером в 1729 году, подробно рассмотрен немецким учёным И. Г. Ламбертом в 1760 году и в отношении концентрации C проверен на опыте немецким учёным А. Бером в 1852 году.

Для растворов поглощающих веществ в непоглощающих растворителях показатель поглощения может быть записан как

где — коэффициент, характеризующий взаимодействие молекулы поглощающего вещества со светом длины волны λ, — концентрация растворённого вещества, моль/л.

Утверждение, что не зависит от , называется законом Бера (не путать с законом Бэра). Его смысл состоит в том, что способность молекулы поглощать свет не зависит от состояния других окружающих молекул. Однако наблюдаются многочисленные отклонения от этого закона, особенно в случае больших концентраций .

6.Структура солнечного элемента с р-n-переходом.

Солнечная батарея — несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.

Солнечный элемент (СЭ) позволяет превращать энергию оптического излучения непосредственно в электроэнергию, минуя стадии тепловой и механической форм энергии. Работа СЭ основана на внутреннем фотоэффекте в по-лупроводниковой структуре с p-n-переходом. СЭ наиболее простой конструкции представляет собой кристалл, состоящий из двух слоев различных типов проводимости (электронной – n и дырочной – p).

Простейшая конструкция солнечного элемента (СЭ) – прибора для преобразования энергии солнечного излучения – на основе монокристаллического кремния. На малой глубине от поверхности кремниевой пластины p-типа сформирован p-n-переход с тонким металлическим контактом. На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт.

Когда СЭ освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные электрон-дырочные пары. Электроны, генерируемые в p-слое вблизи p-n-перехода, подходят к p-n-переходу и существующим в нем электрическим полем выносятся в n-область.

Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в p-слой. В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой – положительный. Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между p- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение.

Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а p-слой – положительному.

7.Структура солнечного элемента с барьером Шоттки.

Солнечные элементы – это электронные приборы, осуществляющие прямое преобразование солнечного света в электрическую энергию. Несколько фотопреобразователей, соединенных в определенной последовательности на одной подложке, образуют так называемый солнечный модуль (СМ).

Солнечные элементы с барьером Шоттки , процесс изготовления которых наименее сложен, обычно применяются для исследовательских целей. Один из возможных способов изготовления элементов с барьером Шоттки состоит в последовательном осаждении на молибденовую подложку тонкого слоя ( толщиной - 20 нм), легированного фосфором a - Si: Н, слоя нелегированного a - Si: Н и нанесении методом вакуумного испарения пленки палладия толщиной около 5 нм.

Конструкция фотоэлемента с барьером Шотки

Наиболее простые конструкции СЭ из а-Si:Н были созданы на основе структуры металл – полупроводник (диод Шотки).Несмотря на видимую простоту, их реализация достаточно проблематична – металлический электрод должен быть прозрачным и равномерным по толщине, а все состояния на границе металл/а-Si:Н – стабильными во времени. чаще всего солнечные элементы на основе а-Si:Н формируют на ленте из нержавеющей стали или на стеклянных подложках, покрытых проводящим слоем.

При использовании стеклянных подложек на них наносят прозрачную для света проводящую оксидную пленку (ТСО) из SnO2, In2O3 или SnO2+In2O3 (ITO), что позволяет освещать элемент через стекло. Поскольку у нелегированного слоя электронная проводимость выражена слабо, барьер Шотки создается за счет осаждения металлических пленок с высокой работой выхода (Pt, Rh, Pd), которая обуславливает образование области положительного объемного заряда (обедненного слоя) в а-Si:Н.

При нанесении аморфного кремния на металлическую подложку образуется нежелательный потенциальный барьер а-Si:Н/металлическая подложка, высоту которого необходимо уменьшать. Для этого используют подложки из металлов с малой работой выхода (Mo, Ni, Nb). Перед нанесением аморфного кремния желательно осадить на металлической подложке тонкий слой (10–30 нм) а-Si:Н, легированный фосфором. Не рекомендуется использовать в качестве материалов электродов легко диффундирующие в аморфный кремний металлы (например, Au и Al), а также Cu и Ag, поскольку а-Si:Н обладает плохой адгезией к ним. Отметим, что Uxx солнечных элементов с барьером Шотки на основе а-Si:Н обычно не превышает 0,6 В.

8.Омические контакты солнечных элементов. Солнечные элементы (СЭ) изготавливаются из материалов, которые напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. Большая часть из коммерчески выпускаемых в настоящее время СЭ изготавливается из кремния (химический символ Si).

Омические контакты являются важным компонентом конструкции солнечных элементов, но их исследованию уделяется еще пока недостаточно внимания. Хотя с точки зрения теории уже достигнуты определенные успехи, процесс изготовления контактов все еще сопряжен с определенными трудностями.

Омический контакт применяется в диодах, транзисторах, в интегральных схемах и др. Этот контакт обладает малым сопротивлением, не искажает форму передаваемого сигнала и не создает в цепи электрических шумов. Для получения качественного контакта используют специальную технологию.

Омические контакты осуществляют в местах присоединения внешних выводов к полупроводниковому слою. Такие контакты не образуют дополнительного ( паразитного) перехода. Получение омических контактов является задачей не менее важной, чем получение рабочих р-п переходов. Как видим, эта структура состоит из двух переходов: rf-n и т -, где через т обозначен слой металла. Оба перехода не являются инжектирующими, как было показано в предыдущих разделах. Кроме того, они не обладают и вентильными свойствами. Поэтому в целом структура п-п - т ведет себя почти как омическое сопротивление слоя п при любой полярности напряжения. Рассмотрим механизм прохождения токов. Пусть напряжение приложено минусом к слою п и плюсом к металлу. Тогда потенциалы слоев п и п повысятся, высота барьера п-г. Электроны из - слоя будут свободно переходить в - слой независимо от высоты барьера п-п, а понижение барьера п - т обеспечит переход электронов из п - слоя в / n - слой. Пусть теперь напряжение приложено плюсом к - слою.

Омический контакт к кремниевому солнечному элементу, включающий последовательно расположенные слои силицида никеля, никеля и оловосодержащего припоя, отличающийся тем, что на слое никеля дополнительно расположен слой меди толщиной 3 8 мкм.

Известны омические контакты для кремниевых солнечных элементов системы титан палладий серебро.Такие контакты применяются в основном для солнечных элементов космического назначения, где стоимость не является решающим фактором.
Для наземных солнечных элементов более целесообразно использовать омические контакты на основе неблагородных металлов, например многослойную систему, состоящую из последовательно расположенных слоев силицида никеля, никеля и оловосодержащего припоя.

9.Антиотражающие покрытия солнечного элемента.

Солнечные элементы (СЭ) изготавливаются из материалов, которые напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. Большая часть из коммерчески выпускаемых в настоящее время СЭ изготавливается из кремния (химический символ Si).

При помощи текстуры мы снизили отражение от поверхности пластины с 35% до 11%. Это означаете, что десятая часть излучения, падающего на поверхность солнечного элемента, все еще будет отражаться обратно и не сможет участвовать в процессе генерации электрического тока. С целью еще большего уменьшения этих потерь, классифицируемых как оптические, на следующей технологической операции на рабочую поверхность солнечных элементов наносится так называемое антиотражающее покрытие (АОП). Опираясь на законы оптики, инженеры подбирают толщину и коэффициент преломления покрытия так, что удается уменьшить отражение до 1-2%. А это уже очень хороший показатель.

Сегодня существует огромное множество различных типов антиотражающих покрытий, которые наносятся несколькими различными методами (APCVD, LPCVD, PECVD и т.п.). На практике в качестве АОП для кремниевых солнечных элементов чаще всего используются пленки оксида титана или нитрида кремния, причем последней все чаще отдается предпочтение. Нитрид кремния обычно наносится методом PECVD, т.е. путем ускоренного плазмой химического напыления из газовой фазы, в специальных трубчатых печах.

Процесс PECVD предполагает, что химический реактив, попадая в зону реактора, распадается под влиянием плазмы и температуры на отдельные элементы, которые затем оседают на поверхность пластины и вступают в химическую реакцию. В результате на лицевой поверхности пластины «выращивается» тончайшая пленка нитрида кремния, которая обладает требуемыми свойствами. Ее толщина составляет около 70 нм, что намного меньше размеров микропирамид текстуры и позволяет добиться эффекта антиотражения независимо от структуры рельефа поверхности.

Этот метод обеспечивает очень хорошую равномерность покрытия. Оценить толщину АОП можно достаточно легко даже на глаз. Оптика такова, что чем неравномернее толщина, тем сильнее изменяется окраска поверхности пластины. Этот же эффект можно наблюдать глядя на разлитый в луже бензин – пленка переливается всеми цветами радуги, давая понять как меняется ее толщина

После нанесения АОП пластина кремния поглощает большую часть солнечного излучения,
падающего на ее поверхность. Причем толщина покрытия оптимизирована таким образом, чтобы наиболее эффективно работать в наиболее эффективном диапазоне спектра. Немного позже я планирую посвятить отдельную публикацию этому вопросу, а сейчас скажу только, что это синяя часть спектра. Именно из-за этого все солнечные элементы имеют красивый и глубокий темносиний цвет.

После нанесения АОП солнечный элемент практически готов. Под действием излучения внутри прибора уже происходит генерация носителей заряда, которые затем разделяются p-n переходом и почти готовы к дальнейшему использованию. Но их нужно передать в цепь нагрузки, а для этого необходимо сформировать контакты на поверхности солнечного элемента.

10.Гетеропереходные солнечные элементы. Солнечные элементы (СЭ) изготавливаются из материалов, которые напрямую преобразуют солнечный свет в электричество.

Солнечные элементы являются основными источниками энергии для космических аппаратов. Все большее увеличение требований к бортовым системам делает необходимым разработку солнечных батарей, обладающих более высокими эксплуатационными свойствами, КПД и сроком службы. Решением проблемы является разработка герероструктурных солнечных элементов из арсенида галлия и соединений А3В5.

Солнечные элементы широко используются в космических солнечных батареях. Имеется большой отечественный и зарубежный опыт использования элементов на основе AlGaAs/GaAs, AlGaInP/GaAs и других наногетероструктур. Солнечные батареи на их основе имеют ряд преимуществ по сравнению с кремниевыми и германиевыми батареями. Улучшение характеристик происходит за счет уменьшения толщины широкозонного окна до нескольких сот ангстрем, изменения параметров материала активной области, создания тыльных потенциальных барьеров и встроенных полей, создания встроенного Брэгговского зеркала.

Зонные диаграммы р-AlGaAs-p-n-GaAs гетеропереходных солнечных элементов.

Зонные диаграммы р-AlGaAs-p-n-GaAs гетеропереходных солнечных элементов. а-структура, в которой слой р-GaAs со встроенным электрическим полем получен путем диффузии цинка на базу n-GaAs во время роста широкозонного слоя p-AlGaAs; b - зонная диаграммагетероструктуры с сильным встроенным электрическим полем, с- cтруктура с тыльным широкозонным слоем, создающим потенциальный барьер; d-структура с тыльным потенциальным барьером, сформированным высоколигированным слоем n+ -GaAs.

Гетеропереходные солнечные батареи позволяют работать при высоких концентрациях солнечного излучения, которое достигается при помощи линз Френеля с коэффициентом концентрации до 1000 крат, а элементы при этом не нагреваются. При этом происходит и увеличение КПД, значение которого в условиях космоса достигает 30%. Другим преимуществом использования гетероструктур в солнечных элементов является увеличение радиационной стойкости солнечных батарей, обеспечивающее увеличение срока их эксплуатации примерно в 2 раза, так как деградация наногетероструктур происходит значительно медленнее, чем кремния.

Несмотря на более высокую стоимость гетеростуктурных солнечных батарей по сравнению с кремниевыми, затраты при их использованию снижаются примерно в 2 раза благодаря уменьшению их размера, увеличению в 2 раза удельного энергосъема и срока службы, снижению расхода топлива при доставке их на орбиту. В связи с этим в космических программах США, стран Западной Европы, Японии все большее внимания уделяется данному типу солнечных батарей. Наладить крупномасштабное производство гетероструктурных космических солнечных батарей в России очень важно, так как в это требуется в рамках программ научных исследований, для обеспечения обороноспособности страны, для развития систем космической связи, информационных и информационно-управляющих систем.

11.Каскадные элементы

Солнечный элемент – устройство, которое превращает фотоны с определённой длиной волны в электричество. В настоящее время в фотоэлектронике в основном применяются полупроводники, в том числе кристаллический кремний.

Большинство современных СЭ обладают одним p-n-переходом. В таком элементе свободные носители заряда создаются только теми фотонами, энергия которых больше или равна ширине запрещенной зоны. Другими словами, фотоэлектрический отклик однопереходного элемента ограничен частью солнечного спектра, энергия которого выше ширины запрещенной зоны, а фотоны меньшей энергии не используются. Преодолеть это ограничение позволяют многослойные структуры из двух и более СЭ с различной шириной запрещенной зоны. Такие элементы называются многопереходными, каскадными или тандемными. Поскольку они работают со значительно большей частью солнечного спектра, эффективность фотоэлектрического преобразования у них выше.
В типичном многопереходном солнечном элементе одиночные фотоэлементы расположены друг за другом таким образом, что солнечный свет сначала попадает на элемент с наибольшей шириной запрещенной зоны, при этом поглощаются фотоны с наибольшей энергией. Пропущенные верхним слоем фотоны проникают в следующий элемент с меньшей шириной запрещенной зоны и т.д.
Принцип построения многопереходного солнечного элемента
Основное направление исследований в области каскадных элементов связано с использованием арсенида галлия в качестве одного или нескольких компонентов. Эффективность преобразования подобных СЭ достигает 35 %. Кроме того в каскадных элементах широко применяются аморфный кремний, сплавы на его основе
(a-Si1-xCx:H, a-Si1-xGex:H), а также CuInSe2.

12. тонкопленочные солнечные элементы

Тонкопленочные солнечные элементы, сенсибилизированные красителем, являются новой технологией, которая дешевле в производстве, чем обычные кремниевые солнечные батареи. Такая панель представляет собой пластину из металла или стекла, покрытую фоточувствительной краской. Теоретически с помощью этой технологии в солнечные панели можно превратить стеклянные фасады зданий, окна, крыши и т.д. Однако есть и существенный недостаток. Так, недавно дебютировавшие на рынке тонкопленочные панели имеют эффективность преобразования света в электричество около 11%. И это с недолговечным жидким электролитом, а с твердым КПД еще ниже – около 5%.

Для того чтобы повысить КПД перспективных панелей, исследователи из Стэнфордского университета использовали специально спроектированный металлический отражатель, применение которого может повысить эффективность тонкопленочной панели с твердым электролитом до 20%. Отражатель представляет собой покрытие из тонкой пленки серебра с массивом наноразмерных выемок. Это помогает задерживать больше света внутри ячейки солнечной панели и повысить КПД на 5-20% в зависимости от типа красителя.

13. Применение наноструктурных материалов в солнечных элементах.

Интерес к наноструктурным материалам (наноматериалам) и нанотехнологиям обусловлен рядом важных проблемных причин:

• Нанотехнологии позволяют получить принципиально новые квантовые устройства и материалы с ха-

рактеристиками, существенно превосходящими достигнутый уровень;

• Нанотехнология объединяет знания и технику в области физики, химии, материаловедения, математики, биологии, медицины, компьютерной техники;

• Нанотехнологии способствовали созданию новых направлений, как в этих областях знаний, так и развитию новых (квантовый компьютер, спинэлектроника и т.п.)

Термин «нанотехнология» означает совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами от 1 до

100 нм. К наноструктурам также относят макроскопические материалы, составляющими которых являются нанообъекты и наноразмерные элементы.

В настоящее время для изготовления порядка 90% выпускаемых в мире солнечных батарей используется монокристаллический и поликристаллический кремний. Это привело к появлению существенного дефицита кремния на рынке в последние годы и, как следствие, - к росту стоимости кремниевых пластин.

Возможным способом решения этой проблемы является развитие солнечной энергетики, основанной на использовании тонкопленочных солнечных батарей, в производстве которых сможет найти применение широкий спектр продуктов наноиндустрии. Развитие исследований в сфере нанотехнологий будет также способствовать решению серьезной технической проблемы аккумулирования значительных объемов водорода, что, в свою очередь, поможет совершить качественный скачок в технологиях создания компактных экологически чистых источников энергии для различных нужд, в первую очередь транспорта.

Ключевым фактором, который оказывает наибольшее влияние на внедрение нанотехнологий в сфере энергетики, является существенное снижение стоимости наноматериалов в последние годы

Вместе с тем, массовое внедрение нанотехнологий в энергетике на данном этапе развития техники сдерживается рядом существенных препятствий:

• ограниченный срок службы многих нанопродуктов, недостаточный для их коммерческого использования;
• значительные размеры (в частности, для суперконденсаторов);
• высокие затраты;
• невысокая энергетическая эффективность для рядя технологий по сравнению с традиционными решениями;
• технологические трудности в организации массового производства нанопродуктов;
• необходимость обеспечения должной химической чистоты нанопродуктов.

14. Концентраторный солнечный элемент

Концентраторный солнечный элемент выполнен в форме в форме прямоугольника с соотношением длин сторон, находящимся в интервале от 1 до 1,5. Он содержит подложку, многослойную структуру, сформированную на подложке, с центральной фоточувствительной областью , контактный слой, сплошной нижний электрод и верхний электрод в виде контактной сетки, содержащей по меньшей мере одну токосъемную шину, расположенную по периметру фоточувствительной области, и токосъемные полоски. Токосъемные полоски эквидистантно выходят из по меньшей мере одной токосъемной шины под углом 35-55° к боковой грани солнечного элемента. Токосъемные полоски параллельны друг другу в пределах каждого из четырех сегментов, лежащих между взаимно перпендикулярными плоскостями, проведенными через середины противолежащих сторон прямоугольника солнечного элемента. Изобретение обеспечивает создание концентраторного солнечного элемента, имеющего повышенный КПД за счет уменьшения сопротивления верхнего контакта и, следовательно, уменьшения омических потерь.

15. Полимерные солнечные элементы

Полимерные солнечные батареи — разновидность солнечных батарей, которые производят электричество из солнечного света. В сравнении с устройствами, основанными на кремниевой технологии, полимерные солнечные батареи легки (что важно для автономных датчиков малых размеров), доступны, недороги в производстве, гибки, оказывают незначительное влияние на окружающую среду, однако энергетический выход едва достигает одной четверти обычных кремниевых солнечных батарей. Полимерные солнечные батареи также страдают значительным эффектом деградации: их эффективность снижается под воздействием окружающей среды. Хорошие защитные покрытия до сих пор не разработаны.

16 Системы резервного электроснабжения. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

Система резервного электроснабжения наиболее эффективна с применением всех мер по нормализации напряжения и отсутствии перебоев в электропитании. Важнейшими компонентами данной системы будут являться:

Стабилизатор входящего напряжения. Служит для нормализации входного напряжения и предотвращает запуск дизельной электростанции в случаях пониженного или повышенного напряжения основной сети.

Дизельная электростанция. В случае пропадания основного источника электропитания автоматически запускается и принимает на себя резервируемую нагрузку.

Источник бесперебойного питания. Наиболее ответственные потребители, такие как аварийное освещение, компьютерные системы, системы безопасности должны быть обеспечены электропитанием на время, когда основное электроснабжение уже отключилось, а дизельная электростанция еще не приняла на себя нагрузку. ВАЖНО: при выборе дизель генераторной установки для совместной работы с ИБП мощность дизель генераторной установки должна составлять 200% мощности ИБП с 6-импульсным выпрямителем и 150% мощности ИБП с 12-импульсным выпрямителем или с 6-импульсным выпрямителем с гармоническим фильтром.

Управляющее устройство. Позволяет связать воедино все компоненты системы резервного электроснабжения и обеспечивает эффективную работу всех устройств.

Принцип работы: Инверторные системы резервного и автономного электропитания построены на базе инверторов напряжения. Инвертор – это преобразователь постоянного напряжения аккумуляторных батарей в переменное напряжение 220В. При аварийной ситуации в промышленной сети все потребители электроэнергии, подключенные через инвертор, мгновенно перейдут на питание от энергии, запасенной в аккумуляторных батареях. После восстановления внешней сети переменного тока инвертор перейдет на режим трансляции электроэнергии к потребителям и автоматической зарядки аккумуляторных батарей. Время переключения имеет небольшую величину (5-20мс) и зависит от технической характеристики применяемого инвертора.

17 Системы автономного электроснабжения. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

Систе́ма автоно́много электроснабже́ния (система автономного электропитания, САП, САЭП) — совокупность источников и систем преобразования электрической энергии. Система автономного электроснабжения (САЭ) может включать в себя:

источник электроэнергии; например: газо-, бензо- дизельную электростанцию или генератор, обязательно с электростартером, а также автономные источники питания от солнца или ветра

систему преобразования электроэнергии; — инвертор (обычно двунаправленный), служит для преобразования постоянного тока в переменный (220/380 В), а также для подзарядки батарей

систему автоматического пуска генератора (САП); (также называется: „устройство автоматического пуска“, „система автозапуска генератора“) — прибор для запуска генератора при пропадании внешней сети, либо по команде;

блок коммутации; — автоматика управления и слежения за системой;

аккумуляторные батареи; — для накопления электрической энергии

подвод внешней электроэнергии из сети;

стабилизатор напряжения.

При работе внешней электрической сети происходит зарядка аккумуляторных батарей системы через инвертор. После отключения внешней электроэнергии, инвертор мгновенно (<20 мс) переключается на питание от аккумуляторных батарей. Блок коммутации следит за состоянием батарей и при скором их разряде, через систему автоматического запуска генератора включает источник энергии (генератор). После выхода на режим генератора, блок коммутации переключает нагрузку на него, а инвертор снова начитает накапливать электроэнергию в аккумуляторные батареи. После зарядки батарей, либо при перегреве генератора, блок коммутации вновь переключает нагрузку на инвертор, генератор выключается. Так происходит до появления напряжения во внешней сети.

Преимуществом данной системы является неограниченного время работы (допустимое время работы генератора обычно 6—12 часов, аккумуляторных батарей — в зависимости от ёмкости батарей и мощности потребителей). Ограничением является ёмкость бака и моторесурс на отказ источника электроэнергии.

18 Соединенные с сетью комбинированные системы электроснабжения. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

Если вы уже имеете подключение к электрическим сетям, то не имеет смысла от них отключаться. Если у вас есть перерывы в электроснабжении, можно выделить в отдельную группу ответственных потребителей - например, насосы и электроника системы отопления, холодильник, дежурное освещение, радио, телевизор и т.п. - и обеспечить их бесперебойное электропитание за счет аккумуляторных батарей. Если перерывы в электроснабжении не превышают нескольких часов, то обычно этого достаточно, чтобы решить эту проблему. Солнечные батареи будут использоваться для уменьшения потребления от сетей, а сети будут являться вашим бесплатным аккумулятором бесконечной емкости.

В случае частых аварий и отключений в сетях, а также если отключения длительные (более суток), вам нужно поставить батарейную фотоэлектрическую систему электроснабжения. Большинство загородных домов нуждается именно в батарейной фотоэлектрической системе, так как вероятность перерывов в электроснабжении велика - по разным причинам, начиная от перегрузки и изношенности оборудования электросетей, до падения деревьев на ЛЭП, ледяных дождей, ураганов и т.п.

Введение в систему аккумуляторов дает возможным работу системы при различных нагрузках и при отсутствии сети. Есть специально разработанные батарейные инверторы, которые могут регулировать потребление энергии от сети в зависимости от состояния и степени заряженности аккумуляторов. Такие инверторы также не перенаправляют энергию в сеть, если пропало напряжение в сети, тем самым обеспечивая безопасность при проведении ремонтных работ на линии электропередачи.

Для того, чтобы не тратить лишние деньги на неоправданно мощную систему, вам необходимо тщательно посчитать, какая именно нагрузка и в течение какого времени должна будет работать в случае аварии на ЛЭП. Очень часто нужно бывает обеспечить примерно 1/10 часть от общей мощности потребителей во время перерывов в электроснабжении. Остальная нагрузка может быть выключена или ее работа сведена к минимуму до восстановления работы сетей. Это позволит существенно снизить стоимость вашей резервной системы электроснабжения. Также, как уже упоминалось на других страницах нашего сайта, все меры по улучшению энергоэффективности и уменьшению потребления должны быть сделаны до того, как мы с вами начнем рассчитывать систему резервного электроснабжения. Обычно это делается в несколько этапов - мы предлагаем вам систему, вы оцениваете ее бюджет, уменьшаете в случае необходимости ваши запросы, и мы корректируем состав (и стоимость) системы.

Типичная безаккумуляторная фотоэлектрическая система стоит 6-8 долларов за пиковый ватт. Аккумуляторные системы стоят от 10 долларов за ватт и выше, потому что нужно добавить аккумуляторы и дополнительное оборудование для их заряда. Дополнительная информация также находится на страничке АС системы электроснабжения.

19 Сетевые системы бесперебойнго электроснабжения. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

Системой бесперебойного энергоснабжения СБЭ, называется совокупность организационно-технических мероприятий бесперебойного электроснабжения (ИБП), и гарантированного электроснабжения (ДГУ), сведенных в единых технологический комплекс.

Система бесперебойного энергоснабжения (СБЭ) является последним «рубежом обороны» в борьбе за качество и надежность электроснабжения для электроприемников группы А. Однако и в этой группе можно выделить так называемые «критические» нагрузки, которые нуждаются в дополнительном резервировании питания.

СБЭ представляет собой электроустановку, которая предназначена для автономного энергоснабжения электроприемников в случаях отключения (нарушения) энергоснабжения от основных источников. Минимального (базового) времени автономной работы всегда хватает на запуск резервного источника электроснабжения, например ДГУ. Обладая различной схемотехнической базой, мощностью, конструкцией, ИБП объединены функциональной способностью резервирования питания.

Гарантированным способом получения качественного электропитания, что в свою очередь обеспечит устойчивую работу компьютерного и коммуникационного оборудования, является установка статических источников бесперебойного питания. Большинство устройств обеспечения бесперебойного электропитания обладают интеллектуальными интерфейсными средствами контроля и управления состоянием и эффективностью работы этих устройств. Программное обеспечение сетевой поддержки таких устройств позволяет, в случае отключения электропитания, корректно завершить пользовательские и системные задачи и обеспечить полную сохранность данных.

Для распределения нагрузки и исключения возможности электрических помех на вычислительные сети целесообразно реализовать схему раздельного энергообеспечения бытовых сетей и сетей электропитания оборудования локальных вычислительных сетей, компьютерной и телекоммуникационной техники.

За все время работы департаментом реализовано большое количество проектов по созданию систем бесперебойного электропитания на предприятиях и организациях различного масштаба. Предлагаемые технические решения реализованы в сетях крупных объектов.

Разработанные нами проекты систем бесперебойного электропитания сдаются Заказчику в эксплуатацию с полным набором эксплуатационно-технической документации, включая электрические схемы и протоколы измерений кабельных линий, электропроводки и устройств заземления.

20 Кислотные аккумуляторы. Циклы заряда – разряда.

Кислотный аккумулятор - это аккумулятор, в котором электролитом служит водный раствор серной кислоты.

Кислотные аккумуляторы стартерные выдерживают 300 зарядно-разрядных циклов.

Кислотные аккумуляторы широко используются благодаря относительно небольшой стоимости, пологим разрядным кривым и малому внутреннему сопротивлению, но кислотные аккумуляторы имеют ряд недостатков: они оказывают вредное воздействие на аппаратуру, сложны в эксплуатации, работают в ограниченном температурном интервале, у них мала механическая прочность.

Кислотные аккумуляторы имеют только им одним присущие эксплуатационные особенности. Одной из самых характерных особенностей эксплуатации является возможность возникновения повышенной сульфитации пластин. Она заключается в образовании крупных кристаллов сульфата свинца, которые при заряде плохо превращаются в первоначальные активные вещества.

Кислотные аккумуляторы боятся переполюсовки, у них возможны смещения пластин и короткие замыкания электродов при неправильной эксплуатации.

Кислотный аккумулятор состоит из сосуда ( стеклянного, эбонитового, пластмассового или деревянного, выложенного листовым свинцом), пластин-электродов, сепараторов и электролита.

Кислотные аккумуляторы в эксшюатации требуют более бережного отношения, чем щелочные, из-за способности пластин к сульфатации и изменению внутренней структуры активных масс при отступлении от режимов, указываемых в инструкциях.

Циклический режим работы характеризуется длительными периодами заряд-разряд. Полный цикл на практике применяется редко, например, при контрольных зарядно-разрядных циклах. В этом случае аккумулятор полностью заряжается, а затем разряжается до минимально допустимого напряжения и снова заряжается. При этом определяют доступную емкость аккумулятора – максимальное количество электричества в Ампер/часах, которое аккумулятор отдает при разряде до выбранного конечного напряжения, которое оговаривается изготовителем. Не рекомендуется использовать режим более глубокого, а также мягкого разряда.

Доступная емкость аккумулятора после ввода в эксплуатацию увеличивается (связано с активацией пластин), а затем с увеличением циклов, уменьшается. Количество циклов работы зависит от степени разряда аккумуляторов. Чем меньше глубина разряда, тем больше количество циклов он прослужит.

Считается, что аккумулятор отработал срок службы, если доступная емкость падает до 80% указанной первоначальной

21.Кислотные аккумуляторы. Циклы заряда – разряда.

Кислотный аккумулятор - это аккумулятор, в котором электролитом служит водный раствор серной кислоты.

Кислотные аккумуляторы стартерные выдерживают 300 зарядно-разрядных циклов.

22.Щелочные аккумуляторы. Циклы заряда – разряда.

Щелочные аккумуляторы - аккумуляторы, в которых в качестве электролита используют раствор щелочи в воде.

Главная особенность щелочных аккумуляторных батарей - способность постепенно отдавать накопленный заряд за достаточно длительный промежуток времени. Это свойство способствует обеспечению бесперебойного питания огромному количеству различных устройств.

Применяются данные аккумуляторы в качестве:

основных источников электроэнергии на электрокарах и в мобильных устройствах (фотоаппараты, видеокамеры, телефоны, карманные и переносные фонари и т.д.)
дополнительных источников энергии в трамваях и троллейбусах, тепловозах и электровозах
источников энергии для питания аварийных устройств, таких как аварийное освещение, охранно-пожарные сигнализации, источники бесперебойного питания персональных компьютеров и т. п.

Наиболее распространены на сегодняшний день никель-кадмиевые, никель-металл-гидридные и литий-ионныещелочные аккумуляторы.

В никель-кадмиевом аккумуляторе анодом является металлический кадмий (в виде порошка), электролитом - гидроксид калия с добавкой гидроксида лития (для увеличения ёмкости на 21-25%), катод - гидрат окиси никеля с добавлением графитового порошка. ЭДС никель-кадмиевого аккумулятора около 1,45 В. В зависимости от конструкции, режима работы (длительные или короткие разряды), и чистоты применяемых материалов, срок службы никель-кадмиевых аккумуляторов, составляет от 100 до 3500 циклов заряд-разряд.

Для того, чтобы получить напряжение (последовательное соединение), силу тока или ёмкость (параллельное соединение) источника большие, чем может дать один элемент, аккумуляторы соединяют в батарею.

23.Контроллер заряда. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

Предназначение контроллера заряда для солнечной батареи заключается в управлении режимами разряда и заряда аккумуляторных батарей, которые находятся в составе переносной и стационарной фотоэлектрических системах, а также в непосредственном заряде аккумуляторов от источников с постоянным напряжением.

Контроллер имеет такие особенности:

наличие электронной защиты, которая срабатывает при неправильном подключении аккумулятора и коротких замыканиях;
наличие светодиодной индикации, которая свидетельствует о подключении солнечного модуля либо другого источника с постоянным напряжением для зарядки аккумуляторных батарей
наличие светодиодной индикации, которая информирует об отключении нагрузки;
наличие светодиодной индикации, которая информирует о степени заряда батареи;
наличие широтно-импульсной системы модуляции токов, которая необходима на завершающем этапе заряда батареи;
наличие защиты от разрядки, что помогает избежать потерь напряжения.

Самые простые контроллеры заряда прекращают заряжать аккумулятор при достижении порога в 14,4-14,5 В. В этом случае аккумуляторы заряжаются не полностью, а всего на 60-70%. Отметим, что регулярный недозаряд аккумулятора существенно сокращает срок его службы. Использование контроллера заряда для солнечной батареи обеспечивает заряд даже после достижения верхнего порога граничного напряжения, что влияет на срок использования аккумулятора. С целью предотвращения газообразования используют импульсный заряд, который предотвращает перегрев самого аккумулятора и препятствует образованию газов и создает условия для полного заряда. Периодический полный заряд продлевает срок службы и очищает пластины от сульфатного налета.

Существуют следующие два основных вида контроллеров заряда для фотоэлектрических систем: шунтовые ипоследовательные.

Принцип работы шунтовых контроллеров: солнечная батарея замыкается накоротко. В данном случае ток, генерируемый солнечной батареей, не попадет в аккумулятор, а течет через шунт. Особенностью данного принципа работы является невозможность подключения ко входу контроллера никаких других источников энергии, кроме солнечных батарей.

Особенность принципа работы последовательных контроллеров заключается в том, что источник энергии отключается от аккумулятора и нагрузки. Напряжение на источнике энергии выравнивается до значения напряжения холостого хода.

24.Низковольтные и высоковольтные суперконденсаторы. Принцип работы.

Суперконденсатор (СК) — новый тип энергоемких конденсаторов с плотностью энергии в 10 раз выше, чем в традиционных конденсаторах, а мощность импульсного разряда до 10 раз выше мощности аккумуляторных батарей. В России СК так же известен как импульсный конденсатор энергоемкий (ИКЭ) и конденсатор большой емкости. СК не содержит токсических веществ, его конструкция достаточно проста, используемые материалы не дорогие, применяемые технологические процессы высокопроизводительны. Это позволяет серийно производить новые СК по относительно низкой цене.

Устройство и принцип действия СК:

СК представляет собой молекулярный накопитель энергии (накопитель энергии), накопление заряда в котором осуществляется в двойном электрическом слое в объеме сверхпористого углерода. Металлический корпус СК состоит из обечайки и крышек, сваренных друг с другом аргонодуговой сваркой. Токовыводы располагаются на торцевых сторонах цилиндра (по центру крышек). Внутри корпуса находятся блоки накопительных элементов, представляющих собой многослойную тонкопленочную конструкцию, состоящую из пористых углеродных электродов, сепаратора и токосъемных пластин. Полости (свободные объемы) между корпусом и блоками накопительных элементов заполнены эпоксидным компаундом.

Коммерческие версии суперконденсаторов, сделанные крупнейшими компаниями, имеют емкости мощностью до нескольких тысяч фарад, что все еще представляет собой только часть (может быть, 10-20 процентов) электрической энергии, которую можно «упаковать» в батарею. Но большое преимущество суперконденсаторов состоит в том, что он может заряжаться энергией почти мгновенно, гораздо быстрее, чем батареи. Это объясняется тем, что суперконденсатор работает путем создания статических электрических зарядов на твердых телах, в то время как батареи зависят от медленно текущих химических реакций, часто при участии жидкостей.

25.Инверторы. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

Инвертором называется прибор, схема, или система, которая создает переменное напряжение при подключении источника постоянного напряжения. Существует другой способ определения: инверсия - функция обратная выпрямлению. Выпрямители преобразуют переменное напряжение в постоянное, а инверторы наоборот, превращают постоянное напряжение в переменное. Инверторы имеют три режима работы:

1) длительной работы - номинальной мощности;

2) перегрузки - отдаваемая мощность в 1,2 - 1,5 раза больше номинала ограниченный промежуток времен (зависит от конкретной модели);

3) пусковой - в течение нескольких секунд выходная мощность превышает номинальную в 1,5 - 3 раза (зависит от конкретной модели).

Инвертор - завершающий элемент солнечной фотоэлектрической станции (ФЭС, солнечной электростанции). Он преобразует постоянный ток системы фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) - солнечных панелей (батарей) - в переменный ток, доступный потребителю. По целевому назначению солнечной ФЭС инвертора делятся на три категории: 1) сетевые (grid-tie, on-grid), 2) автономные (off-grid, задающие), 3) гибридные (hybrid).

26 Литиевые аккумуляторы. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

литиевые системы аккумуляторов для их автомобилей. Что это такое, для чего они предназначены и готовы ли эти аккумуляторы удовлетворить потребности вашей машины на сегодняшний день, разберемся далее?

В эпоху гибридных автомобилей и электрических транспортных средств, литиевые аккумуляторы не представляют собой ничего нового. Их можно встретит во многих электромобилях, которые с успехом изо дня в день дебютируют на авторынке. Примером могут служить Toyota Prius C, либо Ford Fusion Hybrid.

Преимущества литиевых аккумуляторов над свинцово-кислотными

Но прежде всего, давайте поговорим о преимуществах данных источников питания. Литиевые аккумуляторы легче, чем свинцово-кислотные, способны на более продолжительное хранение заряда, а также могут выдержать больше циклов заряда/ разряда. Соотношение возможного безопасного выходного тока к номинальной емкости батареи у литиевых аккумуляторов значительно выше, поэтому, в сравнении со свинцово-кислотными аккумуляторами, вам необходимо меньше «номинальных усилителей», чтобы выполнить тот же объем работ. Другими словами, они могут сбросить или поглотить огромное количество тока в зависимости от их категории.

Минусы литиевых аккумуляторов

С понижением температуры выход литиевых аккумуляторов падает гораздо быстрее, чем у свинцово-кислотных. Если литиевый аккумулятор не зарядить должным образом, он гораздо более восприимчив к сбоям в отдельных ячейках. Мы не можем считать их конкурентами свинцово-кислотных аккумуляторам до тех пор, пока литиевые аккумуляторы не будут иметь встроенную цепь заряда. И, наконец, цена. Литиевые аккумуляторы стоят, в среднем, $1700 против максимальных $120 за свинцово-кислотный аккумулятор.

Для резервирования блока питания устройств памяти часто применяются малогабаритные конденсаторы большой емкости. B этом случае конденсатор емкостью 0,1 Ф (100 000 мкФ) и два диода практически заменяют литиевый аккумулятор. Тем не менее литиевый аккумулятор можно сохранить для реализации двойного резервирования.

27 Зарядное устройство акуумулятора.

Зарядное устройство — устройство для заряда электрических аккумуляторов энергией внешнего источника; как правило, — от сети переменного тока напряжением 220 В.

Включает в себя преобразователь напряжения (трансформатор, импульсный блок питания), выпрямитель, стабилизатор напряжения, устройство контроля силы тока или процесса заряда, амперметр или светодиодные индикаторы.

Характеристики зарядных устройств зависят от типа аккумуляторов, рабочего напряжения, номинальной ёмкости.

Зарядные устройства могут быть встроенными и внешними.

Промышленные зарядные устройства представляют собой блоки с электронной аппаратурой, размещаемые в цехе зарядной станции (или специализированном помещении). Такая аппаратура предназначена для одновременного обслуживания нескольких аккумуляторных батарей и позволяет выполнять различные долговременные операции (заряд-разряд, заряд импульсными токами), в том числе и в автоматическом режиме. Зарядные устройства автомобильных аккумуляторов являются внешними, запитываются от сети 220—230 В переменного тока штепсельным разъёмом и снабжены зажимами-крокодилами для присоединения к клеммам аккумулятора.

Пуско-зарядное устройство (ПЗУ) для автомобильных аккумуляторов используется не только для зарядки автомобильных аккумуляторов, но также и для запуска автомобильного двигателя электрическим стартером при севшем аккумуляторе (без предварительной полной зарядки самого аккумулятора). При этом может использоваться как методика пуска двигателя с предварительной частичной подзарядкой штатного аккумулятора в течение нескольких минут, так и запуск двигателя при полном разряде штатного аккумулятора с немедленным запуском. Запуск достигается за счёт возможности ПЗУ выдавать в несколько раз бо́льший ток, чем просто зарядное устройство (ЗУ — предназначенное только для зарядки аккумулятора). Как следствие, ПЗУ обладает существенно бо́льшей массой и габаритами, нежели простое зарядное устройство. Необходимый ток для запуска двигателя внутреннего сгорания должен в моменте достигать значений 100—1000 А[1]. Поэтому первые советские пуско-зарядные устройства обладали способностью давать ток только в нижнем пределе потребностей. С появлением электрических приборов и сетей, способных использовать токи не 6 А, а 16 А, выходной ток пуско-зарядных устройств мог быть увеличен со 100 А до 290 А.

Маркировка зарядных устройств для зарядки автомобильных аккумуляторов:

А В/С, где А — название зарядного устройства, В — максимальная ёмкость аккумулятора в А*ч, который целесообразно заряжать этим зарядным устройством, С — максимальное значение напряжения аккумулятора, который целесообразно заряжать этим зарядным устройством.

При превышении параметра В значения 170 А зарядное устройство может быть использовано не только для зарядки, но и для помощи при запуске двигателя.

28 Водородный топливный элемент. Принцип работы.

Водородный топливный элемент (ТЭ) представляет собой электрохимическое устройство, преобразующее энергию реакции соединения водорода с кислородом напрямую в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Поэтому у топливного элемента энергетический КПД значительно выше, чем у традиционных энергоустановок и может составлять 90%. имические реакции в топливном элементе идут на пористых электродах (аноде и катоде), активированных катализатором (обычно на основе платины или других металлов платиновой группы), по следующей схеме. Водород поступает на анод топливного элемента, где его атомы разлагаются на электроны и протоны:

H2 = 2e- + 2H+

Электроны поступают во внешнюю цепь, создавая электрический ток. Протоны, в свою очередь, проходят сквозь протонообменную мембрану на катодную сторону, где с ними соединяется кислород и электроны из внешней электрической цепи с образованием воды:

4H+ + 4e- + O2 = 2H2O

Побочными продуктами реакции, таким образом, являются тепло и водяной пар. Напряжение, возникающее при этом на единичном топливном элементе, обычно не превышает 1,1 В. Для получения необходимой величины напряжения топливные элементы соединяются последовательно в батареи, а для получения необходимого тока батареи ТЭ соединяются параллельно. Такие батареи ТЭ вместе с элементами газораспределения и терморегулирования монтируются в единый конструктивный блок, называемый электрохимическим генератором. Сердцем топливного элемента является протонообменная мембрана. Обычно протонообменная мембрана представляет собой пленку из полимера, сочетающего гидрофобную основную цепь и боковые фрагменты, содержащие кислотные группы (гидрофильная часть). Топливный элемент – такая же батарея, которая преобразует химическую энергию в электрическую, но исходные вещества для реакции подаются постоянно, благодаря этому такая батарейка никогда не сядет. Так как в топливных элементах нет движущихся частей, их отличительной чертой являются - надёжность, долговечность и простота эксплуатации. Ну и нельзя обойти стороной экологическую составляющую вопроса.

29 Последовательное соединение солнечных элементов. ВАХ.

Последовательное соединение

В этом случае клемму (+) первого модуля соединяем с клеммой (-) второго модуля. От клеммы (-) первого модуля и от клеммы (+) второго модуля выводим концы для подключения к контроллеру заряда или аккумуляторным батареям. Так же не важно какое количество модулей будете соединять, принцип тот же. Клемма (+) первого на клемму (-) второго, клемма (+) второго на клемму (-) третьего, клемма (+) третьего на клемму (-) четвертого и т. д., ровно столько, сколько модулей вам необходимо соединить.

Бывают случаи, когда есть необходимость собрать схему не на 12 В, а на 24 В, 36 В и выше. Для чего это нужно? Дело в том, что чем больше модулей мы устанавливаем, тем больше суммарная мощность солнечных модулей. Это в свою очередь приводит к повышению токов в цепях. Мы же помним закон Ома. Мощность деленая на напряжение равняется силе тока. Мощность мы увеличиваем, напряжение остается прежним, значит ток увеличивается. Увеличение тока вынуждает нас увеличивать сечение провода. Так вот представьте, количество модулей увеличивается, значит увеличивается площадь покрываемая ими, следовательно увеличивается и длина проводов. Не забывайте про рекомендацию, которою я давал о коммутации солнечных модулей под крышей дома, в статье “Монтаж! Подключение солнечных батарей и установка их на кровле.“. А мы еще и сечение этих проводов должны увеличить. Т. е. следует неизбежное удорожание проводов. Чтобы избежать лишних затрат и перестраивают систему на более высокое напряжение.

Этого можно добиться соединив модули последовательно. Предположим, на рисунке изображены два 12-ти вольтовые модуля. Благодаря последовательной схеме соединения, мы добились, что их можно включить в 24-х вольтовую схему. Что касается смешанного соединения, оно необходимо, когда обе задачи приходится решать одновременно.

30 Паралельное соединение солнечных элементов. ВАХ.

В этом варианте мы соединяем клемму (+) одного модуля с клеммой (+) второго модуля, так же соединяем и клеммы (-) обоих модулей. От клеммы (+) и клеммы (-) любого из модулей мы выводим концы (жилы) для подключения получившейся группы (батареи) из двух модулей для подключения к, например, контроллеру заряда, если он предусмотрен в нашей солнечной электростанции или к аккумуляторным батареям, в случае, если контроллер заряда батарей не предусмотрен.

Если есть необходимость соединить три модуля в единую батарею, мы поступаем точно также. Соединяем все три клеммы (+), затем – все три клеммы (-) и также выводим концы от клемм (+) и от клемм (-). Не важно сколько батарей приходится соединять, все повторяется точно также. Мы знаем, что нам необходима мощность солнечной электростанции 160 Вт, а приборы, контроллер заряда, инвертор – на 12 В входного напряжения. Мы приобретаем два 12-ти вольтовых солнечных модуля, каждый по 80 Вт и соединяем их как? Правильно. Параллельно. Тем самым обеспечиваем напряжение схемы 12 В и суммарная мощность модулей будет 160 Вт. Т. е. мы воспользовались первой параллельной схемой соединения. Если бы нам понадобилась мощность 240 Вт и напряжение 12 В, мы опять бы прибегли к первой схеме, только модулей уже было бы три.

ВАХ при параллельном соединении элементов.

Список вопросов

1 Спектр солнечного излучения в космосе и на земле.

2 Эффективность идеального солнечного элемента

3 Спектральная характеристика солнечного элемента

4 Вольт-амперная характеристика солнечного элемента.

5 Закон Ламберта-Бугера.

6 Структура солнечного элемента с р-n-переходом.

7 Структура солнечного элемента с барьером Шоттки.

8 Омические контакты солнечных элементов.

9 Антиотражающие покрытия солнечного элемента.

10 Гетеропереходные солнечные элементы.

11 Каскадные солнечные элементы.

12 Тонкопленочные солнечные элементы.

13 Применение наноструктурных материалов в солнечных элементах.

14 Концентраторные солнечные элементы.

15 Полимерные солнечные элементы.

16 Системы резервного электроснабжения. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

17 Системы автономного электроснабжения. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

19 Сетевые системы бесперебойнго электроснабжения. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

20 Кислотные аккумуляторы. Циклы заряда – разряда.

21 Кислотные аккумуляторы. Циклы заряда – разряда.

22 Щелочные аккумуляторы. Циклы заряда – разряда.

23 Контроллер заряда. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

24 Низковольтные и высоковольтные суперконденсаторы. Принцип работы.

25 Инверторы. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

26 Литиевые аккумуляторы. Принцип работы. Схемы включения и стандарты.

27 Зарядное устройство акуумулятора.

28 Водородный топливный элемент. Принцип работы.

29 Последовательное соединение солнечных элементов. ВАХ.

30 Паралельное соединение солнечных элементов. ВАХ.

1. Тема 4 Конституційноправовий інститут громадянства України
2. а50 - 350 гр Печенье 30 - 200 гр
3. ВВЕДЕНИЕ Одним из наиболее трагичных видов девиантного поведения является суицид
4. Средний класс РФ
5. туризма. Деловой туризм один из самых перспективных и высокодоходных видов путешествий который хара
6. тематическое разнообразие надкласса Рыбы
7. вывод информации в ЭВМ
8. Условия правомерности необходимой обороны
9. верхний слой земли.
10. Утолщение мужского полового члена
11. Иностранный язык в сфере профессиональных коммуникаций Выполнил студент группы- СМ 1.
12. Экономическая оценка деятельности предприятия
13. Учреждения
14. Налог на доходы иностранных организаций, не осуществляющих деятельность в Республике Беларусь через постоянное представительство
15. Договор аренды
16. Тема задания- Разработать настенный поворотный кран грузоподъёмностью 25 кн
17. по теме- Культурологическая концепция Э
18. Искусство кино 1994 год 1 Перевод с английского О
19. Душа и разум Научи меня душу отдать Каждой строчке и каждому слову Чтоб достойно держать ответ
20. Больному по поводу гнойного артрита плечевого сустава произвели заднюю артротомию

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе