俄羅斯物理學家將太陽能電池板的效率提高了 20%

效率與材料和技術的關係

太陽能電池板如何工作？基於半導體的特性。落在它們身上的光會被位於原子外軌道的電子粒子擊倒。在閉路條件下，大量電子會產生電流電位。

要提供正常的電源指示燈，一個模塊是不夠的。面板越多，散熱器的運行效率就越高，這些散熱器為電池供電，並在那裡積聚。正是由於這個原因，太陽能電池板的效率還取決於安裝的模塊數量。它們越多，它們吸收的太陽能就越多，它們的功率指數就高出一個數量級。

電池效率能提高嗎？這樣的嘗試是由它們的創造者做出的，而且不止一次。未來的出路可能是生產由多種材料及其層組成的元件。材料遵循這樣的方式，模塊可以吸收不同類型的能量。

例如，如果一種物質適用於紫外光譜，而另一種物質適用於紅外光譜，太陽能電池的效率就會顯著提高。如果從理論層面思考，那麼最高效率可以是90%左右的指標。

此外，矽的類型對任何太陽能係統的效率都有很大影響。它的原子可以通過多種方式獲得，所有面板都基於此分為三個品種：

• 單晶；
• 多晶；
• 非晶矽元素。

太陽能電池由單晶製成，其效率約為 20%。它們很昂貴，因為它們是最有效的。多晶的成本要低得多，因為在這種情況下，它們的工作質量直接取決於其製造中使用的矽的純度。

基於非晶矽的元素已成為生產薄膜柔性太陽能電池板的基礎。它們的製造技術要簡單得多，成本較低，但效率較低 - 不超過 6%。它們很快就會磨損。因此，為了提高它們的使用壽命，在其中添加了硒、鎵和銦。

用法

便攜式電子產品

為各種消費電子產品（計算器、播放器、手電筒等）提供電力和/或為電池充電。

建築能源供應

房子屋頂上的太陽能電池

大型太陽能電池與太陽能集熱器一樣，廣泛應用於陽光充足的熱帶和亞熱帶地區。在地中海國家尤其流行，它們被放置在房屋的屋頂上。

自 2007 年 3 月以來，新的西班牙家庭都配備了太陽能熱水器，根據家庭的位置和預期的用水量，可提供 30% 至 70% 的熱水需求。非住宅建築（購物中心、醫院等）必須有光伏設備。

目前，向太陽能電池板的過渡正在引起人們的很多批評。這是由於電價上漲，自然景觀混亂。過渡的反對者 太陽能電池板因此受到批評 過渡，作為房屋和土地的所有者 安裝的太陽能電池板 和風電場，得到國家補貼，但普通租戶沒有。在這方面，德國聯邦經濟部製定了一項法案，該法案將允許在不久的將來為居住在由光伏裝置或塊狀熱電廠提供能源的房屋中的租戶提供福利。除了向使用替代能源的房屋所有者支付補貼外，還計劃向居住在這些房屋中的租戶支付補貼。

在太空中使用

太陽能電池板是航天器上產生電能的主要方式之一：它們可以長時間運行而不消耗任何材料，同時它們是環保的，不像核能和放射性同位素能源。

然而，當在離太陽很遠的距離（超出火星軌道）飛行時，它們的使用就會出現問題，因為太陽能的流動與離太陽距離的平方成反比。相反，當飛往金星和水星時，太陽能電池的功率顯著增加（在金星區域增加 2 倍，在水星區域增加 6 倍）。

用於醫學

韓國科學家開發了一種皮下太陽能電池。可以將微型能源植入人的皮膚下，以確保植入體內的設備（例如起搏器）的平穩運行。這種電池比頭髮細15倍，即使在皮膚上塗抹防曬霜也可以充電。

什麼是效率

因此，電池的效率是它實際產生的電量，以百分比表示。要計算它，需要將電能的功率除以落在太陽能電池板表面的太陽能功率。

現在這個數字在 12% 到 25% 的範圍內。雖然在實踐中，考慮到天氣和氣候條件，它不會超過 15。原因是製造太陽能電池的材料。作為製造它們的主要“原材料”的矽不具備吸收紫外光譜的能力，只能與紅外輻射一起工作。不幸的是，由於這種缺陷，我們浪費了紫外線光譜的能量，沒有好好利用它。

各種因素對性能的影響。

提高太陽能模塊的效率是所有朝這個方向工作的研究人員頭疼的問題。迄今為止，此類設備的效率在 15% 到 25% 之間。百分比非常低。太陽能電池板是一種非常異想天開的設備，其穩定運行取決於許多原因。

可以通過兩種方式影響性能的主要因素包括：

• 太陽能電池的基材。在這方面最薄弱的是多晶太陽能電池板，效率高達 15%。基於銦-鎵或鎘-碲的模塊具有高達 20% 的生產率，被認為是有前途的。
• 太陽能接收器方向。理想情況下，太陽能電池板的工作表面應以直角面向太陽。在這個位置上，它們應該盡可能長。為了增加模塊在太陽區域正確定位的持續時間，更昂貴的同行在他們的武器庫中配備了一個太陽跟踪裝置，該裝置可以隨著恆星的運動旋轉電池。
• 裝置過熱。溫度升高會對發電產生負面影響，因此，在安裝過程中，必須確保面板有足夠的通風和冷卻。這是通過在面板和安裝表面之間安裝通風間隙來實現的。
• 任何物體投射的陰影都會顯著破壞整個系統的效率。

滿足所有要求，如果可能的話，將面板安裝在正確的位置，您可以獲得高效率的太陽能電池板。它很高，而不是最大。事實上，計算或理論效率是在實驗室條件下得出的值，具有白天時間和陰天數的平均參數。

當然，在實踐中，效率的百分比會更低。

拾起太陽能 您家的電池，最好關注性能下限，而不是上限。通過這樣選擇太陽能模塊和所有適合操作的組件，可以確保要安裝的裝置有足夠的容量。通過在計算中選擇較低的性能限制，您可以節省購買額外面板的費用，這些面板是在電力不足的情況下為再保險而購買的。

發展前景令人鼓舞。

迄今為止，太陽能效率的絕對記錄屬於美國開發商，為 42.8%。這個值比 2010 年的記錄高出 2%。隨著由晶體矽製成的太陽能電池的改進，實現了創紀錄的能量。這種研究的獨特之處在於，所有測量都是在工作條件下進行的，也就是說，不是在實驗室和溫室內，而是在擬建裝置的真實位置。

在所有相同的技術實驗室的場邊，增加最後一個記錄的工作並沒有停止。開發人員的下一個目標是將太陽能組件的效率限制在 50%。人類每天都在接近太陽能將完全取代目前使用的有害且昂貴的能源，並與水力發電廠等巨頭相提並論的時刻。

不同類型太陽能電池板的效率

所有現代太陽能電池都基於半導體的物理特性運行。陽光的光子落在光伏板上，從原子的外軌道敲出電子。結果，它們的運動開始了，這導致了電流的出現。

單板不能正常供電，所以一定數量的連接到一個普通的太陽能電池上。系統中涉及的光伏電池越多，電力輸出的功率就越高。

了解面板的原理，您可以確定它們的效率。從理論上講，效率的定義是產生的電量除以太陽光線落在給定面板上的能量。理論上，現代系統最多可以提供 25%，但實際上這個數字不超過 15%。很大程度上取決於製造面板的材料。例如，廣泛使用的矽只能吸收紅外線，而紫外線的能量不被它感知而被浪費掉。

目前，製造多層板的工作正在進行中，這使得高效製造太陽能電池板成為可能。他們的設計包括位於多層中的各種材料。它們的選擇方式使得它們能夠捕獲所有主要的能量量子。也就是說，某種材料的每一層都能夠吸收其中一種能量。

理論上，對於此類設備，效率最高可提高 87%，但在實踐中，製造此類面板的技術相當複雜。此外，與標準太陽能係統相比，它們的成本要高得多。

太陽能電池的效率很大程度上取決於太陽能電池中使用的矽類型。基於這種材料的所有面板分為三種類型：

• 單晶，效率為 10-15%。它們被認為是最有效的，而且它們的價格明顯高於其他設備。
• 多晶矽的費率較低，但每瓦的成本要低得多。當使用高質量材料時，這種面板有時在效率上優於單晶。
• 基於非晶矽的柔性薄膜面板。它們易於製造且成本低。但是，這些設備的效率非常低，大約為 5-6%。逐漸地，在操作過程中，它們的性能下降，生產率變得更低。

優點

1. 由於面板中沒有移動部件和元件，因此提高了耐用性。製造商保證 25 年的使用壽命。
2. 如果您遵守所有日常維護和操作規則，此類系統的運行時間將增加到 50 年。維護非常簡單——及時清潔光電管上的灰塵、雪和其他自然污染物。
3. 系統的耐用性是購買和安裝面板的決定因素。在所有成本都還清之後，所產生的電力將是免費的。

此類系統廣泛使用的最重要障礙是它們的高成本。由於家用太陽能電池板的低效率，人們對這種特殊發電方法的經濟需求存在嚴重懷疑。

但同樣，有必要合理評估這些系統的能力，並在此基礎上計算預期回報。完全取代傳統電力是不可能的，但使用太陽能係統是很有可能省錢的。

此外，很難不注意到以下好處：

• 在遠離文明的最偏遠地區獲得電力；
• 自治;
• 無噪音。

太陽能的缺點

• 需要大面積使用；
• 太陽能電站夜間不工作，傍晚時分不能有效工作，而用電高峰恰好出現在傍晚；
• 儘管接收的能量環境清潔，但太陽能電池本身含有有毒物質，如鉛、鎘、鎵、砷等。

太陽能發電廠因成本高、複雜鹵化鉛的穩定性低以及這些化合物的毒性而受到批評。目前，正在積極開髮用於太陽能電池的無鉛半導體，例如基於鉍和銻的半導體。

由於效率低，最多只能達到 20%，太陽能電池板會變得非常熱。剩餘80%的太陽能 光將太陽能電池板加熱到 平均溫度在 55°C 左右。從 光伏電池的溫度升高 1°，其效率下降 0.5%。這種依賴性是非線性的，元件溫度增加 10° 會導致效率降低幾乎兩倍。泵送製冷劑的冷卻系統（風扇或泵）的有源元件消耗大量能量，需要定期維護並降低整個系統的可靠性。被動冷卻系統的性能非常低，無法應對太陽能電池板的冷卻任務。

性能計算

太陽能的使用和這些概念的經濟合理性決定了所有的有效性 太陽能電池板系統的類型.首先，考慮到轉型的成本。 太陽能轉化為電能.

此類系統的盈利能力和有效性取決於以下因素：

• 太陽能電池板和相關設備的類型；
• 光電池的效率及其成本；
• 氣候情況。不同地區有不同的太陽活動。它還影響投資回收期。

如何選擇合適的性能

在購買麵板之前，您需要知道太陽能電池所需的效率是多少。

例如，如果您的國內消費水平是 100 千瓦/月（根據電錶），那麼建議太陽能電池產生相同的數量。

決定了這個。讓我們更進一步。

很明顯，太陽能站只在白天運行。此外，銘牌功率將在晴朗的天空下實現。此外，在太陽光線落在地表的情況下，也可以達到峰值功率。 直角.

隨著太陽位置的變化，面板的角度也會發生變化。因此，在大角度，將觀察到功率的顯著降低。這只是在晴朗的一天。在陰天，可以保證15-20倍的功率下降。即使是小雲或霧霾也會導致功率下降 2-3 倍

這也必須考慮到

現在 - 如何計算面板的運行時間？

電池幾乎滿負荷有效運行的運行時間約為 7 小時。從上午 9:00 到下午 4:00在夏季，白天的時間較長，但早晚的發電量非常少——在 20-30% 以內。其餘的，即 70%，將再次在白天從上午 9 點到下午 4 點生成。

因此，事實證明，如果面板的銘牌功率為 1 kW，那麼在夏天，陽光最充足 一天將產生7千瓦/小時 電。前提是他們每天工作 9 到 16 個小時。也就是說，每月將達到210千瓦時的電量！

這是一個面板套件。還有一個功率只有 100 瓦的插座？一天它將提供 700 瓦/小時。每月 21 千瓦。

如何使您的太陽能電池板盡可能高效地工作

任何太陽系的性能取決於：

• 溫度指示器；
• 太陽光線的入射角；
• 表面狀況（必須始終保持清潔）；
• 天氣狀況;
• 影子的存在與否。

太陽光線在面板上的最佳入射角為90°，即直線。已經有配備獨特設備的太陽能係統。它們允許您監控恆星在太空中的位置。當太陽相對於地球的位置發生變化時，太陽系的傾角也會發生變化。

元件的持續加熱也不會對其性能產生最佳影響。當能量被轉換時，就會發生嚴重的損失。因此，必須始終在太陽系和安裝它的表面之間留出一個小空間。通過其中的氣流將作為一種自然的冷卻方式。

太陽能電池板的純度也是影響其效率的重要因素。如果它們受到嚴重污染，它們收集的光就會減少，這意味著它們的效率會降低。

此外，正確的安裝起著重要作用。安裝系統時，不可能讓陰影落在其上。建議安裝它們的最佳一側是南部。

談到天氣狀況，我們可以同時回答太陽能電池板是否在多雲天氣下工作的流行問題。當然，他們的工作仍在繼續，因為從太陽發出的電磁輻射在一年中的任何時候都會撞擊地球。當然，面板的性能 (COP) 會顯著降低，尤其是在一年中有大量陰雨天的地區。換句話說，它們會發電，但發電量比陽光充足且氣候炎熱的地區要少得多。

影響太陽能電池效率的因素

光電池結構的特點導致面板的性能隨著溫度的升高而下降。

由於未點亮元件中的損耗，面板的部分調光導致輸出電壓下降，該元件開始充當寄生負載。這個缺點可以通過在面板的每個光電管上安裝一個旁路來消除。在陰天，在沒有陽光直射的情況下，使用透鏡來集中輻射的面板變得非常低效，因為透鏡的效果消失了。

從光伏電池板的性能曲線可以看出，為了達到最大的效率，需要正確選擇負載電阻。為此，光伏電池板不直接連接到負載，而是使用光伏系統管理控制器，確保電池板的最佳運行。

太陽能電池是如何工作的？

所有現代太陽能電池都能正常工作，這要歸功於物理學家亞歷山大·貝克勒爾在 1839 年的發現——這正是半導體的工作原理。

如果頂板上的矽光電池被加熱，那麼矽半導體的原子就會被釋放出來。他們正試圖捕捉下板塊的原子。完全按照物理定律，底板的電子必須回到原來的狀態。這些電子以一種方式打開——通過電線。儲存的能量被轉移到電池並返回到頂部的矽晶片。

故事

1842 年，亞歷山大·埃德蒙·貝克勒爾發現了將光轉化為電能的效果。 Charles Fritts 開始使用硒將光轉化為電能。太陽能電池的第一個原型是由意大利光化學家 Giacomo Luigi Chamichan 創造的。

1948 年 3 月 25 日，貝爾實驗室宣布研製出第一個用於產生電流的矽基太陽能電池。這一發現是由三名公司員工 - Calvin Souther Fuller、Daryl Chapin 和 Gerald Pearson 做出的。 4 年後的 1958 年 3 月 17 日，一顆使用太陽能電池板的衛星 Avangard-1 在美國發射。 1958 年 5 月 15 日，一顆使用太陽能電池板的衛星 Sputnik-3 也在蘇聯發射。

這很有趣：在德國，建造了最高的 世界風電場

太陽能電池板的回報速度有多快？

今天太陽能電池板的成本相當高。並且考慮到面板效率的低價值，它們的回報問題是非常相關的。太陽能供電電池的使用壽命約為 25 年或更長。稍後我們將討論導致使用壽命如此長的原因，但現在我們將找出上面提到的問題。

投資回收期受以下因素影響：

• 選擇的設備類型。與多層太陽能電池相比，單層太陽能電池的效率較低，但價格也低得多。
• 地理位置，即您所在地區的陽光越多，安裝的模塊就越快得到回報。
• 設備成本。您在購買和安裝構成太陽能節能係統的元件上花費的錢越多，投資回收期就越長。
• 您所在地區的能源成本。

南歐國家的平均投資回收期為 1.5-2 年，中歐國家為 2.5-3.5 年，俄羅斯的投資回收期約為 2-5 年。在不久的將來，太陽能電池板的效率將顯著提高，這是由於開發了更先進的技術來提高效率並降低電池板的成本。其結果是，太陽能節能係統為自己買單的時間也將減少。

提高效率的最新發展

幾乎每天，世界各地的科學家都宣布開發出一種提高太陽能電池組件效率的新方法。讓我們熟悉其中最有趣的。去年，夏普向公眾推出了效率為 43.5% 的太陽能電池。他們能夠通過安裝一個透鏡將能量直接集中在元素中來實現這個數字。

德國物理學家並不落後於夏普。 2013年6月，他們推出了面積只有5.2平方米的太陽能電池。 mm，由4層半導體元件組成。該技術可實現 44.7% 的效率。在這種情況下，通過將凹面鏡對準焦點也可以實現最大效率。

2013 年 10 月，斯坦福大學科學家的工作成果發表。他們開發了一種能夠提高光伏電池性能的新型耐熱複合材料。效率的理論值約為80%。正如我們上面所寫的，包括矽在內的半導體只能吸收紅外輻射。所以這種新型複合材料的作用就是將高頻輻射轉化為紅外線。

接下來是英國科學家。他們開發了一種能夠將電池效率提高 22% 的技術。他們建議將鋁納米釘放置在薄膜面板的光滑表面上。之所以選擇這種金屬，是因為它不吸收陽光，相反會散射陽光。因此，吸收的太陽能量增加。因此提高了太陽能電池的性能。

這裡只給出主要的發展，但事情不僅限於它們。科學家們正在為每百分之一的目標而戰，到目前為止，他們正在取得成功。讓我們希望在不久的將來太陽能電池板的效率將達到適當的水平。畢竟，使用面板的好處將是最大的。

文章由 Abdullina Regina 編寫

莫斯科已經在使用新技術來照明街道和公園，我認為那裡的經濟效益已經計算出來了：

太陽能光電池的類型及其效率

太陽能電池板的運行是基於半導體元件的特性。落在光伏板上的陽光通過光子從原子的外軌道敲出電子。由此產生的大量電子在閉合電路中提供電流。正常電源的一兩個面板是不夠的。因此，將幾塊組合成太陽能電池板。為了獲得所需的電壓和功率，它們被並聯和串聯連接。更多數量的太陽能電池為吸收太陽能提供了更大的面積並產生更多的電力。

光電池

提高效率的方法之一是創建多層面板。這種結構由一組分層排列的材料組成。材料的選擇以捕獲不同能量的量子的方式進行。具有一種材料的層吸收一種類型的能量，具有另一種類型的能量，依此類推。結果，可以製造出高效率的太陽能電池板。理論上，這種夾芯板可以提供 效率高達 87%.但這是理論上的，但在實踐中，這種模塊的製造是有問題的。另外，它們變得非常昂貴。

太陽能係統的效率還受到太陽能電池中使用的矽類型的影響。根據矽原子的產生，它們可以分為3種類型：

• 單晶；
• 多晶；
• 非晶矽面板。

由單晶矽製成的太陽能電池的效率為 10-15%。它們效率最高，成本最高。多晶矽型號的電功率最低。很大程度上取決於材料的純度，在某些情況下，多晶元素可能比單晶更有效。

非晶矽面板