效率与材料和技术的关系
太阳能电池板如何工作？基于半导体的特性。落在它们身上的光会被位于原子外轨道的电子粒子击倒。在闭路条件下，大量电子会产生电流电位。
要提供正常的电源指示灯，一个模块是不够的。面板越多，散热器的运行效率就越高，这些散热器为电池供电，并在那里积聚。正是由于这个原因，太阳能电池板的效率还取决于安装的模块数量。它们越多，它们吸收的太阳能就越多，它们的功率指数就高出一个数量级。
电池效率能提高吗？这样的尝试是由它们的创造者做出的，而且不止一次。未来的出路可能是生产由多种材料及其层组成的元件。材料遵循这样的方式，模块可以吸收不同类型的能量。
例如，如果一种物质适用于紫外光谱，而另一种物质适用于红外光谱，太阳能电池的效率就会显着提高。如果从理论层面思考，那么最高效率可以是90%左右的指标。
此外，硅的类型对任何太阳能系统的效率都有很大影响。它的原子可以通过多种方式获得，所有面板都基于此分为三个品种：
- 单晶；
- 多晶；
- 非晶硅元素。
太阳能电池由单晶制成，其效率约为 20%。它们很昂贵，因为它们是最有效的。多晶的成本要低得多，因为在这种情况下，它们的工作质量直接取决于其制造中使用的硅的纯度。
基于非晶硅的元素已成为生产薄膜柔性太阳能电池板的基础。它们的制造技术要简单得多，成本较低，但效率较低 - 不超过 6%。它们很快就会磨损。因此，为了提高其使用寿命，在其中添加了硒、镓和铟。
用法
便携式电子产品
为各种消费电子产品（计算器、播放器、手电筒等）提供电力和/或为电池充电。
建筑能源供应
房子屋顶上的太阳能电池
大型太阳能电池与太阳能集热器一样，广泛应用于阳光充足的热带和亚热带地区。在地中海国家尤其流行，它们被放置在房屋的屋顶上。
自 2007 年 3 月以来，新的西班牙家庭都配备了太阳能热水器，根据家庭的位置和预期的用水量，可提供 30% 至 70% 的热水需求。非住宅建筑（购物中心、医院等）必须有光伏设备。
目前，向太阳能电池板的过渡正在引起人们的很多批评。这是由于电价上涨，自然景观混乱。过渡的反对者 太阳能电池板因此受到批评 过渡，作为房屋和土地的所有者 安装的太阳能电池板 和风电场，得到国家补贴，但普通租户没有。在这方面，德国联邦经济部制定了一项法案，该法案将允许在不久的将来为居住在由光伏装置或块状热电厂提供能源的房屋中的租户提供福利。除了向使用替代能源的房屋所有者支付补贴外，还计划向居住在这些房屋中的租户支付补贴。
在太空中使用
太阳能电池板是航天器上产生电能的主要方式之一：它们可以长时间运行而不消耗任何材料，同时它们是环保的，不像核能和放射性同位素能源。
然而，当在离太阳很远的距离（超出火星轨道）飞行时，它们的使用就会出现问题，因为太阳能的流动与离太阳距离的平方成反比。相反，当飞往金星和水星时，太阳能电池的功率显着增加（在金星区域增加 2 倍，在水星区域增加 6 倍）。
用于医学
韩国科学家开发了一种皮下太阳能电池。可以将微型能源植入人的皮肤下，以确保植入体内的设备（例如起搏器）的平稳运行。这种电池比头发细15倍，即使在皮肤上涂抹防晒霜也可以充电。
什么是效率
因此，电池的效率是它实际产生的电量，以百分比表示。要计算它，需要将电能的功率除以落在太阳能电池板表面的太阳能功率。
现在这个数字在 12% 到 25% 的范围内。虽然在实践中，考虑到天气和气候条件，它不会超过 15。原因是制造太阳能电池的材料。作为制造它们的主要“原材料”的硅不具备吸收紫外光谱的能力，只能与红外辐射一起工作。不幸的是，由于这种缺陷，我们浪费了紫外线光谱的能量，没有好好利用它。
各种因素对性能的影响。
提高太阳能模块的效率是所有朝这个方向工作的研究人员头疼的问题。迄今为止，此类设备的效率在 15% 到 25% 之间。百分比非常低。太阳能电池板是一种非常异想天开的设备，其稳定运行取决于许多原因。
可以通过两种方式影响性能的主要因素包括：
- 太阳能电池的基材。在这方面最薄弱的是多晶太阳能电池板，效率高达 15%。基于铟-镓或镉-碲的模块具有高达 20% 的生产率，被认为是有前途的。
- 太阳能接收器方向。理想情况下，太阳能电池板的工作表面应以直角面向太阳。在这个位置上，它们应该尽可能长。为了增加模块在太阳区域正确定位的持续时间，更昂贵的同行在他们的武器库中配备了一个太阳跟踪装置，该装置可以随着恒星的运动旋转电池。
- 装置过热。温度升高会对发电产生负面影响，因此，在安装过程中，必须确保面板有足够的通风和冷却。这是通过在面板和安装表面之间安装通风间隙来实现的。
- 任何物体投射的阴影都会显着破坏整个系统的效率。
满足所有要求，如果可能的话，将面板安装在正确的位置，您可以获得高效率的太阳能电池板。它很高，而不是最大。事实上，计算或理论效率是在实验室条件下得出的值，具有白天时间和阴天数的平均参数。
当然，在实践中，效率的百分比会更低。
拾起太阳能 您家的电池，最好关注性能下限，而不是上限。通过这样选择太阳能模块和所有适合操作的组件，可以确保要安装的装置有足够的容量。通过在计算中选择较低的性能限制，您可以节省购买额外面板的费用，这些面板是在电力不足的情况下为再保险而购买的。
发展前景令人鼓舞。
迄今为止，太阳能效率的绝对记录属于美国开发商，为 42.8%。这个值比 2010 年的记录高出 2%。随着由晶体硅制成的太阳能电池的改进，实现了创纪录的能量。这种研究的独特之处在于，所有测量都是在工作条件下进行的，也就是说，不是在实验室和温室内，而是在建议安装的真实位置。
在所有相同的技术实验室的场边，增加最后一个记录的工作并没有停止。开发人员的下一个目标是将太阳能组件的效率限制在 50%。人类每天都在接近太阳能将完全取代目前使用的有害且昂贵的能源，并与水力发电厂等巨头相提并论的时刻。
不同类型太阳能电池板的效率
所有现代太阳能电池都基于半导体的物理特性运行。阳光的光子落在光伏板上，从原子的外轨道敲出电子。结果，它们的运动开始了，这导致了电流的出现。
单板无法提供正常的电力，所以一定数量的连接到一个普通的太阳能电池上。系统中涉及的光伏电池越多，电力输出的功率就越高。
了解面板的原理，您可以确定它们的效率。从理论上讲，效率的定义是产生的电量除以太阳光线落在给定面板上的能量。理论上，现代系统能够提供高达 25% 的数据，但实际上这个数字不超过 15%。很大程度上取决于制造面板的材料。例如，广泛使用的硅只能吸收红外线，而紫外线的能量不被它感知而被浪费掉。
目前，制造多层板的工作正在进行中，这使得高效制造太阳能电池板成为可能。他们的设计包括位于多层中的各种材料。它们的选择方式使得它们能够捕获所有主要的能量量子。也就是说，某种材料的每一层都能够吸收其中一种能量。
理论上，对于此类设备，效率最高可提高 87%，但在实践中，制造此类面板的技术相当复杂。此外，与标准太阳能系统相比，它们的成本要高得多。
太阳能电池的效率很大程度上取决于太阳能电池中使用的硅类型。基于这种材料的所有面板分为三种类型：
- 单晶，效率为 10-15%。它们被认为是最有效的，而且它们的价格明显高于其他设备。
- 多晶硅的费率较低，但每瓦的成本要低得多。当使用高质量材料时，这种面板有时在效率上优于单晶。
- 基于非晶硅的柔性薄膜面板。它们易于制造且成本低。但是，这些设备的效率非常低，大约为 5-6%。逐渐地，在操作过程中，它们的性能下降，生产率变得更低。
优点
- 由于面板中没有移动部件和元件，因此提高了耐用性。制造商保证 25 年的使用寿命。
- 如果您遵守所有日常维护和操作规则，此类系统的运行时间将增加到 50 年。维护非常简单——及时清洁光电管上的灰尘、雪和其他自然污染物。
- 系统的耐用性是购买和安装面板的决定性因素。在所有成本都还清之后，所产生的电力将是免费的。
此类系统广泛使用的最重要障碍是它们的高成本。由于家用太阳能电池板的低效率，人们对这种特殊发电方法的经济需求存在严重怀疑。
但同样，有必要合理评估这些系统的能力，并在此基础上计算预期回报。完全取代传统电力是不可能的，但使用太阳能系统是很有可能省钱的。
此外，很难不注意到以下好处：
- 在远离文明的最偏远地区获得电力；
- 自治;
- 无噪音。
太阳能的缺点
- 需要大面积使用；
- 太阳能电站夜间不工作，傍晚时分不能有效工作，而用电高峰恰好出现在傍晚；
- 尽管接收的能量环境清洁，但太阳能电池本身含有有毒物质，如铅、镉、镓、砷等。
太阳能发电厂因成本高、复杂卤化铅的稳定性低以及这些化合物的毒性而受到批评。目前，正在积极开发用于太阳能电池的无铅半导体，例如基于铋和锑的半导体。
由于效率低，最多只能达到 20%，太阳能电池板会变得非常热。剩余80%的太阳能 光将太阳能电池板加热到 平均温度在 55°C 左右。从 光伏电池的温度升高 1°，其效率下降 0.5%。这种依赖性是非线性的，元件温度增加 10° 会导致效率降低几乎两倍。泵送制冷剂的冷却系统（风扇或泵）的有源元件消耗大量能量，需要定期维护并降低整个系统的可靠性。被动冷却系统的性能非常低，无法应对太阳能电池板的冷却任务。
性能计算
太阳能的使用和这些概念的经济合理性决定了所有的有效性 太阳能电池板系统的类型.首先，考虑到转型的成本。 太阳能转化为电能.
此类系统的盈利能力和有效性取决于以下因素：
- 太阳能电池板和相关设备的类型；
- 光电池的效率及其成本；
- 气候情况。不同地区有不同的太阳活动。它还影响投资回收期。
如何选择合适的性能
在购买面板之前，您需要知道太阳能电池所需的效率是多少。
例如，如果您的国内消费水平是 100 千瓦/月（根据电表），那么建议太阳能电池产生相同的数量。
决定了这个。让我们更进一步。
很明显，太阳能站只在白天运行。此外，铭牌功率将在晴朗的天空下实现。此外，在太阳光线落在地表的情况下，也可以达到峰值功率。 直角.
随着太阳位置的变化，面板的角度也会发生变化。因此，在大角度，将观察到功率的显着下降。这只是在晴朗的一天。在阴天，可以保证15-20倍的功率下降。即使是小云或雾霾也会导致功率下降 2-3 倍
这也必须考虑到
现在 - 如何计算面板的运行时间？
电池几乎满负荷有效运行的运行时间约为 7 小时。从上午 9:00 到下午 4:00在夏季，白天的时间较长，但早晚的发电量非常小——在 20-30% 以内。其余的，即 70%，将再次在白天从上午 9 点到下午 4 点生成。
因此，事实证明，如果面板的铭牌功率为 1 kW，那么在夏天，阳光最充足 一天将产生7千瓦/小时 电。前提是他们每天工作 9 到 16 个小时。也就是说，每月将达到210千瓦时的电量！
这是一个面板套件。还有一个功率只有 100 瓦的插座？一天它将提供 700 瓦/小时。每月 21 千瓦。
如何使您的太阳能电池板尽可能高效地工作
任何太阳系的性能取决于：
- 温度指示器；
- 太阳光线的入射角；
- 表面状况（必须始终保持清洁）；
- 天气状况;
- 影子的存在与否。
太阳光线在面板上的最佳入射角为90°，即直线。已经有配备独特设备的太阳能系统。它们允许您监控恒星在太空中的位置。当太阳相对于地球的位置发生变化时，太阳系的倾角也会发生变化。
元件的持续加热也不会对其性能产生最佳影响。当能量被转换时，就会发生严重的损失。因此，必须始终在太阳系和安装它的表面之间留出一个小空间。通过其中的气流将作为一种自然的冷却方式。
太阳能电池板的纯度也是影响其效率的重要因素。如果它们受到严重污染，它们收集的光就会减少，这意味着它们的效率会降低。
此外，正确的安装起着重要作用。安装系统时，不可能让阴影落在其上。建议安装它们的最佳一侧是南部。
谈到天气状况，我们可以同时回答太阳能电池板是否在多云天气下工作的流行问题。当然，他们的工作仍在继续，因为从太阳发出的电磁辐射在一年中的任何时候都会撞击地球。当然，面板的性能 (COP) 会显着降低，尤其是在一年中有大量阴雨天的地区。换句话说，它们会发电，但发电量比阳光充足且气候炎热的地区要少得多。
影响太阳能电池效率的因素
光电池结构的特点导致面板的性能随着温度的升高而下降。
由于未点亮元件中的损耗，面板的部分调光导致输出电压下降，该元件开始充当寄生负载。这个缺点可以通过在面板的每个光电管上安装一个旁路来消除。在阴天，在没有阳光直射的情况下，使用透镜来集中辐射的面板变得非常低效，因为透镜的效果消失了。
从光伏电池板的性能曲线可以看出，为了达到最大的效率，需要正确选择负载电阻。为此，光伏电池板不直接连接到负载，而是使用光伏系统管理控制器，确保电池板的最佳运行。
太阳能电池是如何工作的？
所有现代太阳能电池都能正常工作，这要归功于物理学家亚历山大·贝克勒尔在 1839 年的发现——这正是半导体的工作原理。
如果顶板上的硅光电池被加热，那么硅半导体的原子就会被释放出来。他们正试图捕捉下板块的原子。完全按照物理定律，底板的电子必须回到原来的状态。这些电子以一种方式打开——通过电线。储存的能量被转移到电池并返回到顶部的硅晶片。
故事
1842 年，亚历山大·埃德蒙·贝克勒尔发现了将光转化为电能的效果。 Charles Fritts 开始使用硒将光转化为电能。太阳能电池的第一个原型是由意大利光化学家 Giacomo Luigi Chamichan 创造的。
1948 年 3 月 25 日，贝尔实验室宣布研制出第一个用于产生电流的硅基太阳能电池。这一发现是由三名公司员工——Calvin Souther Fuller、Daryl Chapin 和 Gerald Pearson 做出的。 4 年后的 1958 年 3 月 17 日，一颗使用太阳能电池板的卫星 Avangard-1 在美国发射。 1958 年 5 月 15 日，一颗使用太阳能电池板的卫星 Sputnik-3 也在苏联发射。
这很有趣：在德国，建造了最高的 世界风电场
太阳能电池板的回报速度有多快？
今天太阳能电池板的成本相当高。并且考虑到面板效率的低价值，它们的回报问题是非常相关的。太阳能供电电池的使用寿命约为 25 年或更长。稍后我们将讨论导致使用寿命如此长的原因，但现在我们将找出上面提到的问题。
投资回收期受以下因素影响：
- 选择的设备类型。与多层太阳能电池相比，单层太阳能电池的效率较低，但价格也低得多。
- 地理位置，即您所在地区的阳光越多，安装的模块就越快得到回报。
- 设备成本。您在购买和安装构成太阳能节能系统的元件上花费的钱越多，投资回收期就越长。
- 您所在地区的能源成本。
南欧国家的平均投资回收期为 1.5-2 年，中欧国家为 2.5-3.5 年，俄罗斯的投资回收期约为 2-5 年。在不久的将来，太阳能电池板的效率将显着提高，这是由于开发了更先进的技术来提高效率并降低电池板的成本。其结果是，太阳能节能系统为自己买单的时间也将减少。
提高效率的最新发展
几乎每天，世界各地的科学家都宣布开发出一种提高太阳能电池组件效率的新方法。让我们熟悉其中最有趣的。去年，夏普向公众推出了效率为 43.5% 的太阳能电池。他们能够通过安装一个透镜将能量直接集中在元素中来实现这个数字。
德国物理学家并不落后于夏普。 2013年6月，他们推出了面积只有5.2平方米的太阳能电池。 mm，由4层半导体元件组成。该技术可实现 44.7% 的效率。在这种情况下，通过将凹面镜对准焦点也可以实现最大效率。
2013 年 10 月，斯坦福大学科学家的工作成果发表。他们开发了一种能够提高光伏电池性能的新型耐热复合材料。效率的理论值约为80%。正如我们上面所写的，包括硅在内的半导体只能吸收红外辐射。所以这种新型复合材料的作用就是将高频辐射转化为红外线。
接下来是英国科学家。他们开发了一种能够将电池效率提高 22% 的技术。他们建议将铝纳米钉放置在薄膜面板的光滑表面上。之所以选择这种金属，是因为它不吸收阳光，相反会散射阳光。因此，吸收的太阳能量增加。因此提高了太阳能电池的性能。
这里只给出主要的发展，但事情不仅限于它们。科学家们正在为每百分之一的目标而战，到目前为止，他们正在取得成功。让我们希望在不久的将来太阳能电池板的效率将达到适当的水平。毕竟，使用面板的好处将是最大的。
文章由 Abdullina Regina 编写
莫斯科已经在使用新技术来照明街道和公园，我认为那里的经济效益已经计算出来了：
太阳能光电池的类型及其效率
太阳能电池板的运行是基于半导体元件的特性。落在光伏板上的阳光通过光子从原子的外轨道敲出电子。由此产生的大量电子在闭合电路中提供电流。正常电源的一两个面板是不够的。因此，将几块组合成太阳能电池板。为了获得所需的电压和功率，它们被并联和串联连接。更多数量的太阳能电池为吸收太阳能提供了更大的面积并产生更多的电力。
光电管
提高效率的方法之一是创建多层面板。这种结构由一组分层排列的材料组成。材料的选择以捕获不同能量的量子的方式进行。具有一种材料的层吸收一种类型的能量，具有另一种类型的能量，依此类推。结果，可以制造出高效率的太阳能电池板。理论上，这种夹芯板可以提供 效率高达 87%.但这是理论上的，但在实践中，这种模块的制造是有问题的。另外，它们变得非常昂贵。
太阳能系统的效率还受到太阳能电池中使用的硅类型的影响。根据硅原子的产生，它们可以分为3种类型：
- 单晶；
- 多晶；
- 非晶硅面板。
由单晶硅制成的太阳能电池的效率为 10-15%。它们效率最高，成本最高。多晶硅型号的电功率最低。很大程度上取决于材料的纯度，在某些情况下，多晶元素可能比单晶更有效。
非晶硅面板
