Фотоелектричне перетворення сонячної енергії. Перетворення енергії фотоелектричних елементів

Технології, застосування та вплив на навколишнє середовище

1-е видання. 17 липня 2020 року

Редактори: Шива Горджян, Ашіш Шукла

Фотоелектричне перетворення сонячної енергії. Технології, застосування та вплив на навколишнє середовище містить вичерпні та сучасні знання про фотоелектричне перетворення сонячної енергії Читати далі

Заощаджуйте 50% на комплектах книг

Негайно завантажуйте електронну книгу, поки чекаєте на друковану версію. Промокод не потрібен.

Фотоелектричне перетворення сонячної енергії. У книзі “Технології, застосування та вплив на навколишнє середовище” представлені вичерпні та сучасні знання про фотоелектричну технологію перетворення сонячної енергії та описані її різні аспекти в контексті останніх науково-технічних досягнень. Вона також дає уявлення про майбутні розробки в цій галузі, охоплюючи чотири окремі теми: фотоелектричні елементи та модулі, застосування фотоелектричних систем, життєвий цикл та вплив на навколишнє середовище, а також ринок та політика в галузі фотоелектричної енергетики.

  • Сучасний довідник про досягнення технології фотоелектричного перетворення сонячної енергії
  • Всебічно описує різні аспекти фотоелектричних та фотоелектричних технологій
  • Надає інформацію про проектування, розробку та моніторинг фотоелектричних систем
  • Висвітлює застосування фотоелектричних та фотоелектричних систем у міському, промисловому та сільськогосподарському секторах
  • Висвітлює нові концепції, вплив на навколишнє середовище, ринок та політику у сфері фотоелектричних технологій

Інженерам, промисловцям і дослідникам, які працюють над розвитком і застосуванням сонячної фотоелектрики

Шива Горджян, Хоссейн Ебаді

Розділ 2: Технології сонячних елементів 27

Гітам Річхарія, Аніл Кумар, Самшер

Розділ 3: Технології фотоелектричних модулів 51

Наллапанені Манодж Кумар, Шаурат С. Чопра, Аліне Кірстен Відал де Олівейра, Хамса Ахмед, Шима Ваезі, Узома Едвард Мадуканья, Хуан М. Кастанон

Розділ 4: Технології сонячних фотоелектричних термальних (PVT) модулів 79

Махді Шакурі, Хоссейн Ебаді, Шива Горджян

Розділ 5: Проектування та моніторинг сонячних фотоелектричних систем

Мохаммадреза Агаї, Наллапанені Манодж Кумар, Ареф Ескандарі, Хамса Ахмед, Аліне Кірстен Відал де Олівейра, Шаурат С. Чопра

Розділ 6: Застосування сонячних фотоелектричних систем на фермах 147

Шива Горджян, Рену Сінгх, Ашіш Шукла, Абдур Рехман Мажар

Розділ 7: Застосування сонячних фотоелектричних систем в автоматизації сільського господарства та робототехніці

Шива Горджян, Саїд Мінаї, Ладан Малех-Мірчегіні, Макс Троммсдо, REDMOND R. Шамшірі

Розділ 8: Застосування сонячних фотоелектричних систем у технологіях опріснення води

Шива Горджян, Барат Гобадіан, Хоссейн Ебаді, Фаезех Кетабчі, Сабер Ханмохаммаді

Розділ 9: Застосування сонячних фотоелектричних систем у виробництві водню

Франческо Калізе, Франческо Ліберато Каппелло, Марія Вічідоміні

Розділ 10: Сонячні фотоелектричні електростанції

Мохаммадреза Агаї, Ареф Ескандарі, Шима Ваезі, Шаурат С. Чопра

Розділ 11: Нові концепції та застосування сонячних фотоелектричних систем

Мохаммадреза Агаї, Хоссейн Ебаді, Аліне Кірстен Відаль де Олівейра, Шима Ваезі, Ареф Ескандарі, Хуан М. Кастанон

Розділ 12: Оцінка життєвого циклу та впливу сонячних фотоелектричних систем на навколишнє середовище

Наллапанені Манодж Кумар, Шаурат С. Чопра, Прамод Раджпут

Розділ 13: Ринок та політика у сфері сонячної енергетики

Хюн Джин Джулі Ю, Патріс Джеффрон

Шива Горджян

Доктор. Шива Горджян. доцент кафедри інженерії біосистем сільськогосподарського факультету та кафедри відновлюваної енергетики факультету міждисциплінарних наук і технологій Університету Тарбіат Модарес (TMU), Тегеран, Іран. Отримала ступінь доктора філософії з механіки біосистемної інженерії в TMU в 2014 році. Редактор книги “Фотоелектричне перетворення сонячної енергії: Технології, застосування та вплив на навколишнє середовище (Elsevier, 2020). Основна сфера її досліджень. застосування відновлюваних джерел енергії в сільському господарстві (AgroRenewables). Вона була провідним запрошеним редактором спеціального випуску на цю ж тему в Journal of Sustainable Energy Technologies and Assessments (Elsevier) у 2021 році. Д-р. Дослідницькі інтереси Горджана включають сонячну фотоелектрику, технології сонячного опріснення, гібридні фотоелектричні системи, аналіз енергії та ексергії, а також моделювання та імітацію систем відновлюваної енергетики.

Доцент кафедри біосистемної інженерії сільськогосподарського факультету та кафедри відновлюваної енергетики факультету міждисциплінарних наук і технологій Університету Тарбіат Модарес (TMU), Тегеран, Іран.

Ашіш Шукла

Доктор. Ашіш Шукла отримав ступінь доктора філософії в Індійському технологічному інституті, Делі. Отримав престижну стипендію FCS для роботи в Швейцарському федеральному технологічному інституті, Цюріх, на кафедрі архітектури. В даний час він є доцентом будівельної фізики в Університеті Ковентрі у Великобританії (Великобританія). Він є видатним фізиком-будівельником та експертом з питань сталого розвитку. Наукові інтереси: будівельна фізика, енергоменеджмент, енергогенеруючі огороджувальні конструкції та зберігання енергії. Його бачення полягає в тому, щоб проектувати саморозвиваючі стійкі будівлі, що реагують на зміну клімату, за допомогою інтегрованого проектування будівель, щоб привнести нові низьковуглецеві інновації в практику будівництва на місці. Він також є членом-кореспондентом Академії вищої освіти у Великобританії.

Центр антропогенного та природного середовища, факультет інженерії, екології та комп’ютерних наук, Університет Ковентрі, Ковентрі, Велика Британія

Перетворення сонячної енергії: Посібник для початківців

Досягнення вуглецевої нейтральності стало важким викликом і завданням для світової цивілізації в боротьбі зі зміною клімату. Тим часом, це фантастичний шанс для декарбонізації, пом’якшення кліматичних ризиків та прискорення переходу до майбутнього відновлюваної енергетики. Будемо сподіватися, що безліч орієнтованих на майбутнє темних технологій швидко з’явиться і розшириться. Зокрема, товари для перетворення сонячної енергії увійшли в сучасне життя і стали життєво важливою критичною ланкою у низьковуглецевому циклі та зеленому зростанні. Для створення комплексної стійкої системи, заснованої на перетворенні сонячної енергії, була проведена велика робота, і широко визнано, що розробка сучасних матеріалів є основою для досягнення високоефективного, дешевого перетворення та використання сонячної енергії.

Системи перетворення сонячної енергії на основі напівпровідників на основі кремнію в останні роки широко застосовуються у всьому світі, а фотоелектричні та штучні фотосинтетичні системи, що використовують традиційні матеріали та архітектуру, стають все більш зрілими. Однак через значне забруднення, що створюється кристалічними кремнієвими модулями в процесі виробництва, а також відносно низьку теоретичну ефективність перетворення напівпровідників на основі кремнію, було запропоновано низку унікальних фотоелектричних матеріалів і технологій. Органічні та перовскітні сонячні елементи, зокрема, викликають великий інтерес. З тих пір, як на рубежі століть діапазон сприйнятливості сонячного спектру розширився з ультрафіолетової до видимої області, фотосинтетична діяльність Сонця викликала інтерес дослідників у галузі фізики, хімії, матеріалів та енергетики. Завдяки постійному розвитку каталітичної теорії, зростанню кількості матеріальних систем, підвищенню квантової ефективності та розширенню діапазону застосування, фотосинтез став основною галуззю каталітичної хімії та енергетичних матеріалів.

Для отримання додаткової інформації, будь ласка, підписуйтесь на нашу сторінку в LinkedIn.

Принцип перетворення сонячної енергії:

Сонце випромінює величезну кількість радіації. Сонячне випромінювання може бути перетворене в різні види енергії за допомогою різних методів. Сонячне випромінювання може бути безпосередньо перетворене на електрику, перетворене на тепло і використане в біохімічних процесах. Його також можна використовувати безпосередньо для засмаги, якщо розуміти ризики. Фотоелектричний (PV) ефект дозволяє сонячному світлу безпосередньо перетворюватися в енергію в сонячних елементах. Фотоелектричне перетворення буде відбуватися тільки в пристрої, який має дві необхідні характеристики,

По-перше, сонячний елемент повинен збирати сонячне випромінювання і перетворювати теплову енергію сонця в хімічну енергію всередині пристрою. При поглинанні світла електрони стимулюються до більш високих енергетичних рівнів, що дозволяє тимчасово зберігати хімічну енергію. В електричному потенціалі збуджені електрони діють як носії заряду (струму).

По-друге, електричний опір сонячного елемента повинен бути несиметричним. Це створює електричний потенціал (напругу) на пристрої під впливом сонячного світла, який визначається хімічною енергією, що зберігається в електронній популяції. Таким чином, сонячна батарея може забезпечити значущу електричну роботу для опору навантаження.

Типи перетворення сонячної енергії:

Фотоелектричний ефект: Одним з найпоширеніших видів перетворення сонячної енергії є пряма генерація електроенергії. Фотоелектричний ефект. це метод перетворення денного світлового випромінювання (фотонів, частинок світла) безпосередньо в електрику (електрони, частинки електрики). Сонячні панелі широко використовуються як у домогосподарствах, так і на електростанціях для виробництва сонячної енергії. Корпорації та науково-дослідні інститути шукають кращі способи створення більш економічно ефективних сонячних панелей. Щоб отримати більшу потужність, великі електростанції використовують дзеркала або лінзи, щоб сфокусувати більше сонячного випромінювання на сонячних панелях. Сонце відстежується дзеркалами (або лінзами), коли воно рухається по небу.

Сонячне тепло: парниковий ефект використовує сонячне випромінювання для перетворення сонячної радіації в теплову енергію (нагрівання води або повітря). Сонячне світло видимої довжини хвилі проходить через прозорий шар (скло або пластик), перш ніж поглинається і нагрівається чорним шаром (матеріал з чорним покриттям). Поглинута енергія в інфрачервоному діапазоні (те, що ми, люди, сприймаємо як тепло) спрямовується на шар скла за допомогою чорного листового поглинача. Однак, оскільки скло не є інфрачервоно прозорим, тепло зберігається і може бути передане воді або повітрю.

Принципи сонячної енергетики використовуються в сонячних водонагрівачах, сонячних нагрівачах для басейнів і сонячному опаленні приміщень для житлових будинків. Сонячна енергія використовується для виробництва пари, яка використовується для приведення в дію парових електрогенераторів при високих температурах і тисках.

Комунальні електростанції: Сонячні електрогенератори для домашнього використання, як правило, не перевищують 5 кВт. Сонячні електрогенератори в громадських будівлях (школах, громадських та урядових установах) та корпоративних офісах зазвичай мають потужність до 50 кВт. Лідерами ринку є сонячні електричні панелі потужністю до 50 кВт. Сонячні електростанції з вихідною потужністю від 100 кВт до 1 МВт поширені в громадах, які виробляють власну електроенергію, і вони зазвичай працюють в парі з вітровими турбінами і невеликими паровими турбінами.

Сонячна енергія використовується в електростанціях промислового масштабу у вигляді оптичної концентрації сонячного випромінювання (фотоелектрична технологія) або геліостатів. Геліостати. це дзеркала, що стежать за сонцем і відбивають сонячне світло на центральний колектор. Геліостати часто будують по колу навколо вежі. Колектор розташований на вежі і виробляє високотемпературну пару під високим тиском, яка використовується для живлення парової турбіни.

Результат перетворення сонячної енергії:

Виробництво електроенергії:

Сонячні елементи можуть безпосередньо перетворювати сонячну енергію в електричну (фотоелектричні елементи). Коли світло потрапляє на перехід між металом і напівпровідником (наприклад, кремнієм) або на перехід між двома окремими напівпровідниками, створюється крихітний електричний потенціал. Один сонячний елемент зазвичай виробляє лише приблизно два вати електроенергії. Сотні або навіть тисячі кіловат електроенергії можуть бути створені на сонячній електростанції або великому домашньому масиві шляхом з’єднання величезної кількості окремих елементів разом, як у масивах сонячних панелей. Більшість сучасних фотоелектричних елементів мають енергоефективність лише від 15 до 20%, а оскільки інтенсивність сонячного випромінювання низька, для початку потрібні масивні і дорогі збірки таких елементів, щоб генерувати навіть невеликі обсяги електроенергії.

Невеликі фотоелектричні елементи, які працюють від сонячного або штучного світла, знайшли широке застосування в малопотужних пристроях, таких як калькулятори та годинники. Більші блоки використовуються для живлення віддалених водяних насосів і комунікаційного обладнання, а також метеорологічних і комунікаційних супутників. Традиційні кристалічні кремнієві панелі і технології тонкоплівкових сонячних елементів, що розвиваються, такі як інтегрована в будівлі фотоелектрика, можуть встановлюватися на дахах будинків і підприємств для заміни або доповнення традиційних джерел живлення.

фотоелектричне, перетворення, сонячної, енергії

Концентровані сонячні електростанції використовують концентруючі або фокусуючі колектори для фокусування сонячного світла з великої площі на крихітному чорному приймачі, значно збільшуючи інтенсивність світла і виробляючи високу температуру. Масиви добре вирівняних дзеркал або лінз можуть сконцентрувати достатньо сонячного світла, щоб нагріти предмет до температури 2 000 градусів за Цельсієм (3 600 градусів за Фаренгейтом) або вище. Це тепло можна використовувати для живлення котла, який виробляє пару для електростанції, що працює від електрогенератора парової турбіни. Для прямого виробництва пари рухомі дзеркала можуть бути встановлені таким чином, щоб фокусувати величезні обсяги сонячної енергії на почорнілих трубах, через які прокачується вода і таким чином нагрівається.

Створюйте красиві, висококонверсійні, легкі для підписання комерційні пропозиції з сонячного дизайну за лічені хвилини, а не години. Точність відображення тіні до 99%, що призводить до більш точного проектування.

Теплова енергія:

Тепло, що поглинається сонцем, є одночасно інтенсивним і радіоактивним. Сонце бомбардує Землю мільярдами заряджених наночастинок, які містять величезну кількість енергії. Це тепло може бути використане для нагрівання води, обігріву приміщення, охолодження приміщення або виробництва технологічного тепла. Багато парогенеруючих систем еволюціонували до використання сонячного світла як основного джерела нагріву живильної води, що значно підвищило загальну ефективність котлів та багатьох інших видів систем утилізації відпрацьованого тепла. Сонячні плити готують, сушать і пастеризують, використовуючи сонячне світло. Сонячна дистиляція використовується в операціях з очищення води для забезпечення чистої питної води, і вона була надзвичайно важливим учасником у наданні допомоги країнам, які її потребують, завдяки використанню зростаючих технологій.

Мета геліотермальної технології. перетворити сонячну енергію, що надходить, у корисне тепло. Перетворення сонячного тепла вимагає використання колекторів енергії, які являють собою спеціально сконструйовані дзеркала, лінзи та теплообмінники, що концентрують променисту енергію сонця і передають її рідині-носію. Рідина нагрівається, проходячи через сонячний колектор. Вода/пара, олія або розплавлена сіль є поширеними теплоносіями. Потім рідина подається до теплового двигуна, який перетворює тепло в електрику.

Економічний розвиток:

Перетворення сонячної енергії має потенціал бути дуже економічно ефективною технологією. Це дешевше, ніж нетрадиційні джерела енергії. Застосування сонячної енергії сприяє підвищенню зайнятості та зростанню транспортного і сільськогосподарського секторів. Через економічні фактори сонячні системи стають дешевшими і більш доступними в країнах, де попит на енергію високий, але пропозиція обмежена. Сонячна електростанція потужністю 1 ГВт може генерувати приблизно в десять разів більше енергії, ніж електростанція, що працює на викопному паливі, будівництво якої обійдеться вдвічі дорожче. Очікується, що до 2050 року сонячні електростанції стануть лідером у виробництві енергії в галузі.

Доступ до енергії в сільській місцевості:

Перетворення сонячної енергії може мати широкий спектр корисних соціальних наслідків, особливо в сільських громадах, які раніше не мали доступу до електромережі. Перетворення сонячної енергії в електричну є найбільш швидкозростаючим джерелом отримання енергії в багатьох позамережевих умовах. Це особливо актуально на широтах 45° на північ або південь від екватора, де сонячне випромінювання є більш рівномірним протягом року і де проживає більшість населення країн, що розвиваються. З точки зору охорони здоров’я, сонячні домашні системи можуть замінити гасові лампи (часто зустрічаються в сільській місцевості), які можуть спричиняти пожежі та викидати забруднюючі речовини, такі як чадний газ (CO), оксиди азоту (NOx) та діоксид сірки (SO2), що погіршують якість повітря, погіршують функцію легенів та підвищують ризик захворювання на туберкульоз, астму та рак. Наявність сонячної енергії в таких місцях дозволяє сільським домогосподарствам заощаджувати час і гроші, необхідні для придбання та транспортування гасу, підвищуючи продуктивність і подовжуючи робочий день.

Ці громади отримують енергетичну незалежність, що означає, що вони більше не залежать від стороннього постачальника електроенергії, на додаток до доступності енергії. Поняття енергетичної незалежності є дуже новим; протягом переважної частини двадцятого століття енергетичні оцінки мали переважно технічний або фінансовий характер, мало враховуючи соціальні наслідки. Згідно з дослідженнями 1980-х років, доступ до відновлюваної енергії заохочуватиме принципи, які принесуть користь суспільству в цілому, а не лише окремим особам. Хоча деякі вчені стверджують, що історично люди, які контролюють джерела енергії, створювали суспільні ієрархії, такого роду дослідження стали менш радикальними і більш популярними з появою технології, яка дозволяє перетворювати сонячну енергію.

Community Solar:

Перетворення сонячної енергії може мати вплив як на цілі громади, так і на окремих споживачів. Традиційна парадигма незалежних, не пов’язаних між собою установок на даху витісняється сонячними мікромережами громадського масштабу у все більшій кількості районів по всій Америці. Концепція громадської сонячної енергетики спочатку набула популярності в результаті проблем зі зберіганням енергії. Оскільки широке виробництво літій-іонних акумуляторів та інших технологій зберігання відстає від прогресу дахових фотоелектричних установок станом на 2018 рік, основною перешкодою для загальнонаціонального переходу до виробництва сонячної енергії на дахах є відсутність надійної системи зберігання для одного будинку, яка б передбачала непередбачені ситуації, пов’язані з нічним використанням енергії, хмарним покривом, обмеженнями та відключеннями електроенергії. Крім того, через менший обсяг проекту та відсутність грошових потоків, фінансування сонячних систем для односімейних будинків може бути більш складним завданням. Доцільною альтернативою є об’єднання блоків будинків у мікромережу громади, яка використовує більш перевірені великомасштабні системи зберігання, що зменшує перешкоди для впровадження сонячної енергетики. У певних ситуаціях мікромережа створюється шляхом з’єднання кожного автономного фотоелектричного будинку на даху з більшим сховищем. Інші ідеї, особливо коли встановлення на даху неможливе, включають велику комбіновану сонячну батарею та сховище на сусідньому полі. Цей тип установки також має соціальний ефект, роблячи сонячну енергію економічно доцільною для багатоквартирних будинків і традиційно малозабезпечених громад.

Втеча від електромережі:

Можливий соціально-економічний недолік перетворення сонячної енергії полягає в тому, що воно загрожує бізнес-парадигмі електроенергетики. Економічна стійкість регіональних монопольних комунальних підприємств у Сполучених Штатах ґрунтується на масовому об’єднанні місцевих споживачів, які врівноважують мінливі навантаження один одного. Як наслідок, широке встановлення дахових сонячних систем, не пов’язаних з мережею, ставить під загрозу стабільність ринку комунальних послуг. Це явище отримало назву “дезертирство з електромережі. Навантаження на комунальні підприємства погіршується старою мережевою інфраструктурою, яка не змогла пристосуватися до нових труднощів, пов’язаних з відновлюваною енергетикою (головним чином, щодо інерційності, зворотних потоків енергії та схем релейного захисту). Однак інші експерти стверджують, що зі збільшенням частоти природних катастроф (які руйнують ключову мережеву інфраструктуру) будівництво сонячних мікромереж може знадобитися для забезпечення аварійного електропостачання. Цей Пріоритетний напрямок “Готовність до стихійних лих” в останні роки значно активізував розвиток позамережевої енергетики, особливо в місцях, схильних до природних катаклізмів.

Вплив на навколишнє середовище:

Установки можуть порушити та/або перемістити природні екосистеми, охоплюючи величезні ділянки землі та збільшуючи фрагментацію ареалів проживання. Сонячні установки, зведені в резерваціях корінних американців, порушують традиційні звичаї, а також мають шкідливий вплив на навколишню екосферу.

Сонце має величезний невикористаний потенціал для задоволення наших постійно зростаючих потреб в енергії. Висока вартість сонячної енергії порівняно з вартістю викопного палива є бар’єром для її ширшого використання. Однак ця розбіжність буде зменшуватися в міру зростання вартості викопного палива, а також витрат на пом’якшення його впливу на навколишнє середовище і клімат. Вартість сонячної енергії прямо пропорційна низькій ефективності перетворення, низькій щільності енергії сонячного випромінювання та необхідним в даний час дорогим матеріалам. Розробка матеріалів і способів збільшення перетворення сонячної енергії є значною мірою науковим викликом; прориви в базових знаннях повинні дозволити значний прогрес. Існує великий потенціал для розвитку, оскільки ефективність фотоелектричного перетворення для доступних органічних і сенсибілізованих барвниками сонячних елементів зараз становить близько 10% або менше, ефективність фотосинтетичного перетворення. менше 1%, а найвища сонячна теплова ефективність. 30%. Теоретичні обмеження означають, що ми можемо зробити набагато більше.

Перетворення сонячної енергії є відносно новою наукою. Її стрімкий розвиток розпочався у 1970-х роках, що було спричинено нафтовою кризою, яка виявила проникаючу роль енергії в нашому особистому, соціальному, економічному та політичному житті. На відміну від цього, дослідження викопного палива розвивалися протягом більш ніж 250 років, стимульовані промисловою революцією та обіцянкою великих запасів викопного палива. Еволюція парового двигуна, наприклад, нерозривно пов’язана з вивченням термодинаміки. Цикл Карно, механічний еквівалент тепла та ентропія відіграли ключову роль в еволюції термодинаміки та технології теплових двигунів. Дослідження сонячної енергії мають не менш яскраве майбутнє, оскільки нанотехнології дозволяють відкрити керівні принципи перетворення фотонної енергії та застосувати їх у створенні нових конкурентоспроможних за вартістю технологій.

Сонячна енергетика: Фотоелектричне (PV) перетворення енергії

Дізнаєтесь, як сонячні елементи генерують електроенергію, а також про фізику напівпровідників та оптику, необхідну для проектування та виробництва сонячних елементів.

Виберіть сесію:

Я хотів би отримувати електронну пошту від DelftX і дізнаватися про інші пропозиції, пов’язані з сонячною енергією: Фотоелектричне (PV) перетворення енергії.

Сонячна енергія: Фотоелектричне (PV) перетворення енергії

Про цей курс

Ключовим фактором для отримання більш ефективних і дешевих сонячних панелей є прогрес у розвитку фотоелектричних елементів. На цьому курсі ви дізнаєтесь, як фотоелектричні елементи перетворюють сонячну енергію на корисну електроенергію. Ви також дізнаєтесь, як боротися з потенційними механізмами втрат у сонячних елементах. Розуміючи фізику напівпровідників та оптику, ви розвинете глибокі знання про те, як працює фотоелектричний елемент за різних умов. Ви навчитеся моделювати всі аспекти роботи сонячної батареї. Для інженерів та науковців, які працюють у фотоелектричній промисловості, цей курс є абсолютно необхідним для розуміння можливостей інновацій у галузі сонячних елементів.

Цей курс є частиною мікро-магістерської програми “Інженерія сонячної енергетики”, яка охоплює всі фізичні та інженерні аспекти фотоелектрики: фотоелектричне перетворення енергії, технології та системи.

Ми рекомендуємо вам пройти цей курс до того, як ви візьмете участь в інших курсах цієї програми MicroMasters.

З першого погляду

Ступінь бакалавра в галузі природничих або технічних наук або успішне завершення професійної сертифікатної програми TU Delft “Сонячна енергетика”.

  • Мова: англійська
  • Відео-транскрипт: Англійська
  • Суміжні програми:
  • Програма MicroMasters ® з інженерії сонячної енергетики

Що ви дізнаєтесь

Слухачі аудиту можуть розвивати свої навички та знання щодо вищезазначених навчальних цілей, маючи доступ до відеолекцій, обмеженої кількості практичних вправ та дискусійних форумів.

Підтвердженим учням пропонується ряд навчальних інструментів, щоб продемонструвати, що вони засвоїли навчальні цілі. Вони матимуть доступ до всіх вправ: практичних, тестових та екзаменаційних питань.

Навчальний план

Тиждень 1: Вступ Як сонячні елементи перетворюють сонячну енергію в електричну? Що таке основні будівельні блоки сонячної батареї?

Тиждень 2: Напівпровідникові основи Що таке напівпровідники? Що таке зонна діаграма?

Тиждень 3: Генерація та рекомбінація Яка фізика носіїв заряду?

Тиждень 4: P-N перехід Що таке діод? Як змінюється діод, коли ми подаємо напругу? А як щодо того, коли ми освітлюємо його сонячною енергією??

Тиждень 5: Просунуті концепції в напівпровідниках Що відбувається, коли ми з’єднуємо напівпровідник з металом? Які ще типи з’єднань напівпровідникових матеріалів важливі для сонячних елементів?

Тиждень 6: Керування світлом 1: Заломлення/дисперсія/рефракція Які оптичні явища важливі для сонячних елементів? Як ми можемо використовувати їх, щоб забезпечити максимальне поглинання світла.

Тиждень 7: Управління світлом 2: Розсіювання світла Які методи ми можемо використовувати для розсіювання світла в нашому сонячному елементі, щоб збільшити довжину оптичного шляху?

Тиждень 8: Електричні втрати Об’єднайте всі концепції разом, щоб зрозуміти, як проектувати сонячні елементи.

Відгуки студентів

Я зміг ознайомитися з останніми теоретичними знаннями про сонячну енергетику. Це допомогло мені розвиватися як інженеру та вдосконалити свої навички. Попередній студент

Мікромагістерська програма з інженерії сонячної енергетики Делфтського технічного університету чудово підходить для того, щоб зрозуміти загальну науку про сонячну енергетику. Він надає контекст поточних галузевих тенденцій, і в той же час дає вам інструменти, необхідні для того, щоб знати, де буде галузь у наступному десятилітті. Бертрам, Нідерланди

Про цей курс

Матеріали цього курсу є власністю Делфтського технологічного університету і доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike (CC-BY-NC-SA) 4.0 Міжнародна ліцензія.

Хто може пройти цей курс?

На жаль, слухачі, які проживають в одній або декількох з наступних країн або регіонів, не зможуть зареєструватися на цей курс: Іран, Куба та Кримський регіон України. У той час як edX шукав ліцензії від США.S. Управління з контролю за іноземними активами США (OFAC), щоб запропонувати наші курси студентам у цих країнах і регіонах, ліцензії, які ми отримали, не є достатньо широкими, щоб дозволити нам запропонувати цей курс у всіх місцях. edX щиро шкодує, що U.S. Санкції не дозволяють нам пропонувати всі наші курси всім охочим, незалежно від місця проживання.

Розгадка дива: як сонячні батареї використовують енергію сонця для виробництва електроенергії

фотоелектричне, перетворення, сонячної, енергії

Ви коли-небудь замислювалися над тим, як працюють сонячні панелі?? Як вони можуть перетворювати сонячне світло в електрику? Відповідь криється в науці про сонячні елементи.

Сонячні елементи є будівельними блоками сонячних панелей і відповідають за перетворення сонячного світла в електричну енергію. Але як саме вони це роблять?

У цьому блозі ми розглянемо науку, що стоїть за сонячними елементами, і те, як вони здатні використовувати енергію сонця для виробництва електроенергії.

Сонячні батареї набули популярності останнім часом і все ще продовжують набирати популярність. Це одна з найнадійніших та найефективніших форм відновлюваних джерел енергії, які ми маємо на сьогоднішній день. Ці елементи можуть перетворювати і використовувати енергію сонця і перетворювати її в чисту енергію, яку ми можемо використовувати вдома і в інших організаціях. У нашу сучасну епоху, коли зміна клімату є величезним викликом і нагальною проблемою, потреба в більш стійких джерелах енергії має вирішальне значення. І сонячна енергія стала революційним відкриттям, яке може допомогти нам боротися з цим викликом.

Незважаючи на те, що це має численні переваги, люди все ще не розуміють функції цих клітин і їм цікаво знати, яка наука стоїть за цим і як вона функціонує, Саме тут вступає в дію цей блог, цей блог допоможе вам краще зрозуміти, що таке сонячна батарея, основні принципи її функціонування та багато іншого.

Що таке сонячні батареї?

Сонячні елементи, також відомі в лабораторіях як фотоелектричні елементи. це електричні пристрої, які мають здатність перетворювати світлову енергію в електричну. У цьому випадку він перетворює сонячне світло в корисну і чисту електричну енергію, яку ми можемо використовувати для наших цілей. Ці пристрої виготовляються з напівпровідникових матеріалів, що означає, що цей матеріал пропускає і проводить електрику за певних умов. Цей матеріал поглинає сонячне світло, коли воно падає на нього, і це призводить до вивільнення електронів з його атомів, які будуть захоплені сусіднім ланцюгом, таким чином ми можемо отримати потік електричного струму.

Основна структура сонячного елемента складається з декількох шарів напівпровідникового матеріалу, кожен з яких має різний електричний заряд. Найпоширенішим матеріалом, що використовується в сонячних елементах, є кремній, який є в достатку і має необхідні властивості, щоб функціонувати як напівпровідник.

Шари елемента розташовані певним чином для створення електричного поля, яке допомагає вловлювати вивільнені електрони і створювати потік електрики. Цей процес відомий як фотоелектричний ефект, який є фундаментальним принципом роботи сонячних елементів.

Процес перетворення сонячної енергії

Процес перетворення сонячної енергії починається з поглинання сонячного світла сонячним елементом. Коли фотони світла потрапляють на напівпровідниковий матеріал, вони передають свою енергію електронам в матеріалі, змушуючи їх вивільнятися зі своїх атомів. Потім ці електрони захоплюються електричним ланцюгом і протікають по дроту для живлення електричного пристрою.

Щоб максимізувати вихід енергії з сонячної батареї, необхідно враховувати кілька факторів. Кут падіння сонячного світла, наприклад, впливає на кількість енергії, яку може вловити елемент. Сонячні елементи найбільш ефективні, коли вони спрямовані прямо на сонце, тому їх зазвичай встановлюють на дахах або в місцях, які отримують пряме сонячне світло протягом більшої частини дня.

Ефективність самої сонячної панелі також має вирішальне значення, оскільки вона визначає, скільки енергії може бути перетворено з сонячного світла в електрику. Досягнення в технології сонячних елементів призвели до підвищення коефіцієнта корисної дії, і деякі елементи тепер здатні перетворювати до 23% сонячного світла в електрику.

Типи сонячних елементів

На ринку є кілька типів сонячних елементів, кожен з яких має свої унікальні переваги та недоліки. Найпоширенішими типами сонячних елементів є монокристалічні, полікристалічні та тонкоплівкові сонячні елементи.

Монокристалічні сонячні елементи виготовляються з одного кристала кремнію, що надає їм однорідну і високоефективну структуру. Ці елементи мають високий коефіцієнт перетворення енергії, зазвичай між 15-20%, і тривалий термін служби. до 25 років. Однак вони також є найдорожчим типом сонячних елементів, оскільки вимагають великої кількості кремнію і складного виробничого процесу.

Полікристалічні сонячні елементи виготовляються шляхом плавлення декількох кристалів кремнію разом, що створює трохи менш однорідну структуру, ніж монокристалічні елементи. Ці елементи мають дещо нижчий коефіцієнт перетворення енергії, зазвичай між 13-16%, але вони також дешевші у виробництві, ніж монокристалічні елементи.

Тонкоплівкові сонячні елементи виготовляються шляхом нанесення тонкого шару фотоелектричного матеріалу на підкладку, таку як скло або метал. Ці елементи набагато легші і гнучкіші, ніж інші типи сонячних елементів, і можуть використовуватися в різних сферах застосування. Однак вони також мають нижчий коефіцієнт перетворення енергії, як правило, між 7-13%, і коротший термін служби, ніж інші типи сонячних елементів.

Досягнення в технології сонячних елементів

Багато досягнень у цій галузі було зроблено в напрямку сонячних елементів, підвищивши їх ефективність і зробивши їх економічно вигідними, так що кожен може дозволити собі і встановити їх у своїх будинках. Одним з найбільш значущих відкриттів стала розробка перовскітного матеріалу для виготовлення сонячних елементів.

Перовскітні сонячні елементи мають унікальну структуру кристалів, яка пропускає і поглинає ширший спектр сонячних променів різного спектру, ніж традиційні сонячні елементи, які пропускають лише селективні промені. Вони також виробляються з меншими витратами і є більш ефективним рішенням у порівнянні з кремнієвими, ще однією перевагою є те, що вони можуть бути підготовлені в процесах на основі розчинів, що означає менше відходів і вищий рівень успіху.

Однак, перовськітовий матеріал у сонячних елементах не виробляється масово, оскільки він все ще знаходиться на ранніх стадіях розробки та тестування, але це лише питання часу, коли ці сонячні елементи зметуть з полиць магазинів і увійдуть у кожне домогосподарство та інфраструктуру. Досягнення. це тільки початок, і ми можемо очікувати і напевно побачимо більше розробок в цій галузі, прокладаючи таким чином шлях до більш чистого і сталого майбутнього,

Заключні думки

На закінчення, сонячні елементи є критично важливим компонентом у перетворенні сонячного світла в електрику, і їх важливість у сучасному світі неможливо переоцінити. У цьому блозі ми висвітлювали численні питання та розповідали читачам про основи сонячної батареї, про те, як вона працює, про її майбутнє та багато іншого.

У цій статті ми також обговорили прогрес, досягнутий у створенні сонячних батарей, і те, як вони стануть доступнішими для всіх у найближчому майбутньому. Оскільки ми працюємо в напрямку більш чистого та зеленого постачання електроенергії, дуже важливо, щоб ми впроваджували й інші заходи та рухалися вперед. ми заохочуємо всіх вас дізнаватися більше про сонячну енергію та сонячні елементи, таким чином ми можемо підвищити обізнаність та побудувати краще майбутнє для всіх.

Залишити відповідь