Гибридная солнечная панель или батарея
Суть гибридной солнечной батареи заключается в том, что она работает как солнечная батарея для вырабатывания электричества и как коллектор для нагрева воды.
- Необычная конструкция таких гибридных солнечных коллекторов позволяет использовать фотогальванические модули для нагрева теплоносителя — воды, а не только для выработки электричества. Таким образом, избыточное тепло отбирается и используется для обеих задач без остатка. В итоге у потребителя есть и электричество и горячая вода при одном приборе. Это не только сохраняет площадь, но и позволяет сэкономить на дорогих материалах для солнечных батарей.
- Для примера можно разобрать схему работы такого аппарата, американской компании Cogenra Solar. Гибридная солнечная панель в работе крайне проста и понятна. Зеркала параболической формы улавливают и собирают в пучок лучи солнца и перенапрявляют его на фотоэлектрические приёмники. Приёмники изготовлены из привычного кристаллического кремния. Под плоскостью таких приёмников устроены ёмкости, которые подводят жидкий теплоноситель и циркулируют его по всей системе. В итоге при выработке электроэнергии, на фоне, сзади батарей греется вода для бытовых нужд. Интересно, что такая система не только греет воду, но и охлаждает батареи, циркулируя по системе. Это также позволяет не падать уровню КПД при повышении температуры воздуха, как это бывает у обычных батарей.
- Энергетическая эффективность такой гибридной батареи позволяет производить 50 кВт для нужд пользователя в электроэнергии и 220 кВт тепловой энергии. Получается, что при таком расходе первоначальной солнечной тепловой энергии, реально выжать до 80% от общего полученного количества. Отчасти это происходит благодаря механическим приводам, которые разворачивают панели к солнцу, позволяя тем самым ещё больше увеличить полученную от солнца энергию.
- Такая чудо электро-теплостанция найдёт применение в каждом загородном доме, обеспечивая проживающих не только электроэнергией но и тёплой водой. Ну и конечно такая электроэнергия и такая тёплая вода на порядок дешевле централизованных ресурсов. Даже с условием того, что окупаться вся эта система будет несколько лет. А если говорить про цену, то гибридные солнечные коллекторы помогут сэкономить, потому что содержать два устройства в одной схеме.
Новые гибридные солнечные батареи генерируют в 5 раз больше энергии
Ученые разработали новый гибридный солнечный элемент, который использует солнечный свет и тепло, чтобы создать больше энергии, чем когда-либо прежде, благодаря соединению фотоэлемента с полимерными пленками.
В результате гибрид солнечной батареи может производить до пяти раз больше электрического напряжения, чем существующие технологии. Хотя этот тип солнечной ячейки намного дороже, чем другие, исследователи, стоящие за этой технологией, надеются, что потребители отдадут предпочтение увеличению производства солнечной энергии, несмотря на высокую стоимость.
Каждое новое поколение солнечных батарей имеет большую эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую, чем предыдущее. Разработчики пытаются поднять эффективность ячейки, иногда, просто добавляя больше площади поверхности, или придумывают способы получать больше солнечного света, постоянно следя за движением солнца.
Тем не менее, даже самые последние итерации по-прежнему не используют большую часть спектра солнечного излучения, хотя солнечные ячейки подвергаются его воздействию в достаточной мере. Гибридизация материала, из которого состоят солнечные батареи, является одним из способов повышения эффективности, поэтому исследователи экспериментируют с различными веществами, чтобы достичь лучшего результата. В этом исследовании Эункоунг Ким (Eunkyoung Kim) и его коллеги использовали чистый, проводящий полимер, известный как PEDOT и он показал себя намного лучше, чем ожидалось.
PEDOT пленка, которая нагревается под воздействием света, покрыта тонкопленочной солнечной ячейкой на основе светочувствительных красителей, а затем помещена поверх пироэлектрической тонкой пленки и термоэлектрического устройства, оба из которых могут преобразовывать тепло в электричество.
В результате получается устройство, которое собирает на 20 процентов больше солнечной энергии, чем самостоятельный солнечный элемент. Это стало возможным благодаря гибридной ячейке, которая может генерировать электричество из получаемого тепла, точно также как из света
Идея создания гибридного солнечного элемента не нова, но это изобретение демонстрирует эффективность в пять раз выше, чем другие сопоставимые гибридные системы. опубликовано econet.ru
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet
Присоединяйтесь к нам в Facebook и во ВКонтакте, а еще мы в Однокласниках
Создан эффективный гибрид солнечной панели и аккумулятора
Сергей КоленовФото: David Tenenbaum, UW-MadisonСолнечная энергетика становится все более популярной, однако у нее есть существенный недостаток — неравномерность генерации. Объединенной команде из США и Саудовской Аравии удалось совместить панель и систему хранения энергии в одной установке.
562
Обычно солнечная панель и батарея разделены, однако ученые из США и Саудовской Аравии разработали гибридное устройство — более эффективное, компактное и экономически выгодное решение по сравнению с разделенными аналогами, сообщает Science Daily.
Установка работает в разных режимах, сообщает Verge. Если энергия необходима прямо сейчас, она действует как солнечный элемент, преобразуя свет в электричество. В другом режиме солнечная энергия накапливается в химическом виде и используется позже, например, ночью или в дождь. А при необходимости установку можно использовать как обычный аккумулятор и зарядить от сети.
Такой подход позволит использовать солнечную энергию без дополнительной нагрузки на передающие сети и обеспечит людей из сельской местности доступным источником электричества.
Предыдущие попытки совместить солнечный элемент с аккумулятором были коммерчески невыгодны. Новая разработка — намного практичнее любых существующих аналогов. Однако для выхода на рынок исследователям предстоит повысить ее КПД. Ученые надеются, что применение инновационных материалов для батареи и фотоэлемента позволит довести эффективность установки до 25%. Это сделает подход конкурентоспособным.
По мнению экспертов, в ближайшем будущем солнечная энергия станет самым популярным источником электричества. К 2050 году объем солнечных установок возрастет в 65 раз, а Солнце удовлетворит до 40% мирового спроса на электроэнергию.
Facebook56Вконтакте2WhatsAppTelegram
Гибридная солнечная панель: особенности батарей нового поколения
60 лет прошло с тех пор, как первые солнечные батареи были установлены на внешнюю обшивку американских и советских спутников. С тех пор технологии шагнули далеко вперед. Энергию солнца используют не только для космических объектов, но и для обеспечения электричеством жилых домов. Появилось множество способов улавливать и перерабатывать солнечный свет. В ряду обычных солнечных батарей выделяется гибридная солнечная панель.
На основе кремния
Кремний (Si) – материал, который использовали еще для создания первых конструкций, перерабатывающих энергию солнечного света.
Долгое время существовало три типа таких батарей:
- Монокристаллические (производят из цельных кристаллов). Обладают самым высоким КПД, но не способны улавливать рассеянный свет;
- Поликристаллические (сделанные из кристаллов, направленных в разные стороны), способные улавливать даже рассеянный свет.
- Аморфные – гибкие панели с невысоким КПД, которые можно установить на поверхность любой конфигурации.
Гибридные солнечные панели на основе кремния сочетают аморфный кремний и монокристаллы. Эти панели эффективны в условиях недостаточной освещенности и способны эффективно работать дольше, чем стандартные аморфные устройства.
На основе перовскита
Один из самых эффективных и недорогих способов преобразовывать в электроэнергию свет, который испускает солнце, – использовать перовскит. Этот материал впервые обнаружили в Уральских горах еще в ХХ веке. На него обратили внимание благодаря особой кристаллической решетке, свойственной полупроводникам. Про устройства на основе перовскита уже говорят, что это солнечные батареи нового поколения.
Для создания такого аккумулятора нужен тонкий слой проводящего материала и полимерная подложка. В итоге получается гибкая полупрозрачная панель, которую можно использовать не только как стационарную батарею, но и как материал для стекол, например. Она будет не только улавливать свет, но и защищать помещение от перегрева.
Единственная причина, по которой гибридная солнечная панель из перовскита еще не завоевала весь мир – более низкая эффективность относительно кремниевых. Но, как показывают некоторые исследования, КПД можно улучшить при помощи правильно подобранного полимера. Например, швейцарские физики представили вещество FDT, недорогой материал, способный улучшать работу перовскитных батарей.
Еще одна удачная разработка – сочетание перовскита с кремнием. Используя эту методику, можно получить устройства, эффективно улавливающие и перерабатывающие УФ-лучи. Эти устройства могут быть гибкими и/или полупрозрачными. Значит, их можно использовать не только как стационарные источники энергии, но и для портативной техники, например.
Читайте также:
Плюсы и минусы перовскитных солнечных элементов
Из пентацена и сульфида свинца
В 2012 году выдающиеся физики Нил Гренхам и сэр Ричард Френд предложили новый вариант гибридного аккумулятора. От изобретенных ранее он отличается способностью преобразовывать все спектры УФ-излучения и высоким КПД. Эти аккумуляторы обладают внутренней квантовой эффективностью в 50%.
Представленная гибридная солнечная панель состоит из неорганического соединения (PbS, сульфид свинца) и полициклического ароматического углеводорода (пентацен). В этой связке PbS улавливает красную часть спектра, а пентацен – синюю, более насыщенную энергией. Благодаря взаимодействию между слоями на каждый пойманный синий фотон приходится по два электрона. Таким образом, КПД этой новинки в два раза больше, чем у других подобных устройств (обычно на один фотон приходится один электрон).
Два минуса изобретения – его сомнительная безвредность для окружающей среды и возможная недолговечность. Пентацен относится к группе соединений, способных провоцировать различные мутации и являющихся мощными канцерогенами.
Самый простой способ производства этого углеводорода – из бензола, являющегося производным нефти, запасы которой на нашей планете не бесконечны.
Недолговечность объясняется просто: пентацен склонен чрезмерно окисляться под воздействием кислорода в условиях облучения ультрафиолетом. Что, собственно, и будет происходить при эксплуатации такого аккумулятора. Так что практическое использование этой разработки находится под большим вопросом.
Наука не стоит на месте, ежедневно радуя человечество новейшими разработками в той или иной области. Так что можно надеяться, что рано или поздно появится достаточно эффективный солнечный аккумулятор, который будет и долговечным, и безвредным для окружающей среды.
Британская компания продвигает гибридные солнечные панели :: Инфониак
Технологии Британская компания из Гилдфорда под названием Naked Energy представила «гибридную» солнечную панель, которая вызвала большой интерес из-за своего дизайна, функциональности и результатов испытаний, выгодно отличающих ее от традиционных солнечных батарей.
Солнечная панель названа «гибридной», потому что она выполняет две вещи одновременно. Virtu, под таким именем выпущен продукт британской компании, может генерировать и электричество, и горячую воду. В компании считают, что, спроектировав Virtu, изобрели такой дизайн, при котором система передачи тепловой энергии будет максимально эффективной.
Солнечная панель представляет собой конфигурацию вакуумной трубки. По данным компании, закрытые тубусы имеют низкие тепловые потери и будут производить энергию, независимо от погоды.
«Коэффицент полезного действия зависит от применения, местных климатических условий и количества установленных панелей. Для установок, требующих высоких температур для термического охлаждения или хранения тепла, мы производим «только тепловые» вакуумные тубусы, которые смогут генерировать значительно более высокие температуры«, — утверждает главный инженер Naked Energy Ричард Бойл (Richard Boyle).
При помощи Virtu компания имела возможность исследовать сочетание фотоэлектрических и тепловых воздействий. Запатентованная компанией «термосифонная» технология использует лишнее тепло фотоэлемента для того, чтобы нагреть воду.
В результате забора тепла и охлаждения фотоэлектрических ячеек, производится больше электроэнергии, чем это делается при обычных фотоэлементах. Гибридных панелей пока нет на рынке, но компания утверждает, что ее регулируемые фотоэлектрические панели могут быть размещены на плоских крышах, открывая возможности, которых лишены традиционные, помещаемые под углом в 45 градусов.
Проблема любой солнечной батареи состоит в том, что много энергии теряется. Эффективность фотоэлементов составляет 20 процентов, что означает, что большинство потенциального солнечного света не генерируется в энергию и попросту теряется. Кроме того, когда панели нагреваются (что в солнечный день происходит очень быстро), они становятся еще менее эффективными — нагревшись выше 25 градусов Цельсия они начинают производить меньше энергии.
Тубусы Naked Energy содержат солнечные батареи, которые преобразуют солнечный свет в электроэнергию, но также способны на водное охлаждение, повышая тем самым эффективность панелей.
Naked Energy была основана в 2009 году и работает с возобновляемыми источниками энергии. На протяжении этих лет компания добивается разработки и коммерциализации прорыва в солнечной технологии. Поворотной точки она достигла в 2012 году. В ходе опытов, проведенных Имперским колледжем Лондона, было обнаружено, что панели могут производить до 46 процентов больше энергии, чем типичные солнечные батареи, когда ячейки нагреваются до 65 ° C.
Компания не останавливается на достигнутом. Naked Energy тесно сотрудничает с профессором из Имперского колледжа Питером Чайлдсом (Peter Childs) в целях дальнейшего повышения эффективности солнечных батарей. Кроме того, компания находится в поиске инвестиций для массового производства солнечных батарей.
Полная энергетическая автономия или как выжить с солнечными батареями в глубинке (часть 4. Сделано в России)
В России есть вся инфраструктура и собственные средства для построения солнечной электростанции в конкретно взятом хозяйстве. Более того, вся необходимая электроника, да и солнечные батареи производятся у нас самостоятельно и все это отлично работает. После экспериментов с ноунеймом, брендовым европейским китаем и прочей техникой, я решил обратиться к российским разработчикам техники для автономки и на себе испытать эти устройства. Первым попал на тест гибридный инвертор МАП HYBRID v.1 24В: 4.5 кВт , а следом за ним пойдет производительный солнечный MPPT-контроллер.
Недаром на главной картинке крупно вынесена надпись «Сделано в России». Все, что Вы увидели на фотографии, действительно сделано в России: солнечные панели изготовлены компанией «Телеком-СТВ», завод которой расположен в г.Зеленоград, аккумуляторы производятся компанией Лиотех и выпускаются в Новосибирской области, а инверторы и солнечные контроллеры производятся в Москве компанией МикроАРТ.
В прошлой части я определился с моделью инвертора и составил список требований, которому должно отвечать устройство:
1. Работа в режиме ИБП
2. Резервирование отдельной фазы питания в доме
3. Подкачка энергии от солнечных батарей в домашнюю сеть для снижения потребления из внешней сети
Именно поэтому я выбрал гибридный инвертор. В принципе, любой мощный бесперебойник справился бы с первыми двумя пунктами, но последний пункт доступен только гибридам и дальше я объясню это на примере МАП SIN HYBRID.
Логика работы девайса такова:
1. Транслируем сквозь себя внешнюю сеть, пока она не выходит за параметры напряжения, заданные пользователем (выше или ниже порога — переключаемся на питание от батарей).
2. Если пользователь подключает приборы, потребляющие больше энергии, чем может предоставить внешняя сеть (задается в настройках контроллера), то инвертор начинает добавлять энергию из аккумуляторов.
3. Если инвертор соединили с солнечным контроллером этого же производителя по шине I2C кабелем, то при потреблении электроэнергии солнечный контроллер сразу знает от инвертора, какая мощность требуется и выдает всю энергию, если она доступна.
Именно последний пункт меня порадовал, поскольку наблюдается прямое взаимодействие двух устройств. Поясню, чем это лучше использования стороннего контроллера, на примере логики их работы.
Любой солнечный контроллер:
1. Если напряжение на аккумуляторе достаточное, обеспечиваем поддерживающий заряд.
Включаем нагрузку
2. Если напряжение на аккумуляторе немного просело, но не критично, ничего не меняем.
3. Если напряжение на аккумуляторе просело сильно — отдаем максимум энергии на заряд
Снимаем нагрузку
4. Если напряжение на аккумуляторе стало выше достаточного, снижаем подачу тока
Солнечный контроллер, работающий в паре с инвертором:
1. Если напряжение на аккумуляторе достаточное, обеспечиваем поддерживающий заряд.
Включаем нагрузку
2. Если инвертор сообщил, что включена нагрузка 500 Вт, выдаем 500 Вт (или сколько могут обеспечить солнечные панели)
Снимаем нагрузку
3. Если инвертор сообщил, что нагрузка снята, снижаем подачу энергии, продолжаем поддерживать заряд аккумулятора
На примере этих двух процессов видно, что солнечный контроллер, работающий независимо, будет работать с запаздыванием, а значит энергия какое-то время будет отбираться от аккумуляторов, вводя их в цикличный режим и снижая ресурс.
Во втором случае, когда инвертор и солнечный контроллер объединены одной шиной, солнечный контроллер выдаст столько энергии, сколько потребляет нагрузка, если это возможно в текущий момент времени. Таким образом сохраняется ресурс аккумулятора. Но к солнечному контроллеру и его испытанию я вернусь в следующем материале, а в этом продолжу работать с инвертором.
Первое подключение
Первым делом его надо подключить. Делается это проще простого, но необхоимо перевести систему с 12В на 24В (старая система строилась на 12В, а новая на 24В — об этом я писал в третьей части). Так как у меня аккумуляторы уже поработали какое-то время и куплены были с разницей в год, необходимо максимально выравнять их характеристики. Для этого нужно выполнить ряд действий
1. Зарядить аккумуляторы стабилизированным напряжением 14.4В в течение нескольких часов
2. Отключить от зарядного устройства и дать им отстояться несколько часов
3. Проверить напряжение на каждом из аккумуляторов, чтобы не было дисбаланса (напряжение должно быть одинаковым или максимально близким, в пределах погрешности измерений).
4. Подключить аккумуляторы последовательно
5. Проверить напряжение
6. Подключить инвертор
Чтобы не было так скучно, весь этот процесс я заснял на видео и снабдил комментариями.
На видео снято только подключение к аккумуляторам. В этом случае, устройство будет работать только на генерацию. Для работы в гибридном режиме его следует подключить к сети и сделать вывод питания для нагрузки. Для этого на задней панели имеется колодка с подписями, чтобы не было необходимости лезть в паспорт устройства. Удобно и понятно:
Сервис
В одной из предыдущих статей я писал, как мне пришлось столкнуться с гарантийным сервисом китайского устройства под немецким брендом. Производитель все чинил и высылал назад за свой счет, а мне приходилось оплачивать только отправку в Германию и ждать 3 месяца. С сервисом отечественного производителя мне тоже пришлось столкнуться, так как возникли интересные глюки при подключении к сети (на табло появлялись надписи «выбросы в сети», «высокое напряжение в сети»). Первый звонок в службу поддержки, которая работает в будние дни, привел меня к толковому инженеру, с которым можно общаться терминами, не подбирая нужных слов. Тут я вспомнил техподдержку опсосов и Интернет-провайдеров, когда на первой линии сидят девочки, вечно переадресующие другому оператору, и порадовался грамотному технарю на другой стороне линии. Решить проблему на месте не удалось и меня попросили отправить инвертор в сервис. Когда подвернулся случай, я сам заехал в сервис, отдал устройство и решил подождать. Диагностика и исправление заняли порядка 1.5 часов, а так как других клиентов не наблюдалось, мне удалось разговориться с работниками и узнать массу любопытных фактов, которые напрямую не относятся к моей автономке, поэтому я их напишу в конце статьи.
Вскрытие показало…
Ну какой же тест без вскрытия? Получив исправленный инвертор на руки и заручившись обещанием сохранения гарантии при самостоятельном вскрытии устройства, я отправился домой и приступил.
Инвертор на 4.5 кВт весит 23 кг!!! Главный оценщик сразу занял стратегическое положение:
На задней панели устройства основной выключатель, провода, толщиной с палец, для подключения к аккумуляторам и колодка подключения к сети. Да, еще здоровый кулер, который работает по датчику температуры.
Чуть ли не половину пространства занимает тороидальный трансформатор тоже, кстати, российского производства.
Низкочастотная технология предусматривает использование больших трансформаторов. Именно поэтому инверторы, изготовленные по этой технологии, легко переносят пиковые нагрузки, обладают возможностью мощного заряда (ведь заряд идёт от сети или генератора, а у них низкая частота 50 Гц). Но за всё надо платить – инверторы по такой технологии больше, тяжелее и стоят дороже высокочастотных инверторов. Диаметр тора 17 см.
На предыдущей фотографии хорошо видны радиаторы силовых ключей и связка конденсаторов. Для сохранения температурного режима под нагрузкой, всю электронику обдувает сбоку второй кулер:
Вся управляющая электроника закреплена надежно и я не решился снимать платы, чтобы посмотреть, какой процессор используется. Зато виден уровень пайки smd компонентов. Кстати, изготовление плат также производится в России на Зеленоградском заводе.
Возможности роста
Приятно, что производитель периодически выпускает новые прошивки и они доступны у них на сайте. Частенько учитываются пожелания пользователей. Из текущих плюсов можно отметить возможность резервирования не только одной фазы, как это сделано у меня, но сразу трех. Правда при этом потребуются сразу три инвертора, но при подключении их к одной шине, инверторы будут производить необходимый сдвиг фаз для правильной работы трехфазного оборудования. Согласно информации производителя уже имеются готовые комплекты резервирования или автономного обеспечения 3 фаз с суммарной мощностью 54 кВт (18 кВт х3 фазы). Напомню, что стандартно на дом выделяется 15 кВт (5 кВт x3 фазы).
Что хотелось бы увидеть в дальнейшем? Возможность синхронизации и наращивания мощности одной фазы при использовании двух-трех инверторов разной мощности. То есть сначала приобрести инвертор на 4.5 кВт, если этого не будет хватать, то докупить такой же или мощнее и посадить их на одну фазу, чтобы увеличить потребляемую мощность.
Интересные факты одной строкой
- Компания МикроАРТ начинала с производства клонов компьютеров ZX Spectrum под марками ATM Turbo и Пентагон
- Статистика по гарантийному ремонту составляет 1,7% от проданного количества устройств
- Гидрометцентр России приобрел 5000 инверторов МАП для своих метеостанций
- Елабужский производитель реанимобилей заказал инверторы МАП для обеспечения работы аппаратуры в авто
- Корабли, ходящие под флагом Анголы, заказали инверторы МАП для обеспечения работы оборудования на судне
В следующем материале я объединю солнечный контроллер и инвертор в одну сеть и проверю возможность подкачки в домашнюю сеть от солнечных батарей. Хотелось бы узнать, какой формат подачи теста удобнее: фото, видео или совместить?
Гибридные солнечные коллекторы PVT | Блог SolarSoul
Гибридные солнечные коллекторы способны вырабатывать электроэнергию и тепловую энергию одновременно. Данный солнечный коллектор представляет собой объединение фотоэлектрической панели и теплового солнечного коллектора и сокращенно называется PVT панель.
Такой симбиоз позволяет в два раза сократить площадь установки при необходимости использования одновременно солнечных коллекторов и фотоэлектрических модулей на одном здании.
Одним из преимуществ является возможность снижения температуры фотоэлементов, за счет теплоносителя используемого в тепловой части коллектора. Как известно, при повышении температуры фотоэлемента, эффективность выработки электроэнергии снижается.
График зависимости эффективности фотоэлементов относительно температуры на поверхности элемента
Особенно производительность электроэнергии резко снижается при температуре на поверхности фотоэлемента выше 50 °С, что часто наблюдается в летнее время в классических солнечных батареях. Теплоноситель действует как охладитель и способен поддерживать температуру на поверхности абсорбера до 50 °С. При такой эксплуатации можно добиться на 15 % больше выработки электроэнергии в среднем за год относительно обычных солнечных батарей.
Гибридные солнечные коллекторы PVT на практике
В теории такое решение кажется, очень эффективным и позволяющим решить ряд проблем. Однако на практике не всегда удается добиться максимальной эффективности гибридного солнечного коллектора PVT.
В основном это связано с тем что в летний период температура теплоносителя не должна превышать 50 °С, поэтому работа таких систем для горячего водоснабжения весьма ограничена. А при отсутствии циркуляции теплоносителя температура на поверхности фотоэлементов повышается значительно больше, чем у обычных солнечных батарей из-за использования дополнительной теплоизоляции. Так же в гибридных PVT модулях не используется высокоселективное покрытие и поэтому тепловая производительность будет значительно меньше относительно классических солнечных коллекторов.
Вариант применения гибридных модулей PVT
Для достижения максимальной производительности гибридных солнечных коллекторов PVT, модули должны работать как низкопотенциальный источник энергии. К примеру, как источник тепла для теплового насоса, для нагрева воды в плавательном бассейне или для накопления тепла скважины теплового насоса летом.
Поделиться «Гибридные солнечные коллекторы PVT»