Исследование использования солнечной энергии
Исследование использования солнечной энергии и других возобновляемых источников энергии в строительстве с точки зрения физики включает анализ физических принципов, связанных с преобразованием энергии, хранением энергии и оптимизацией энергетической эффективности зданий.
Физика Солнца
Солнце играет ключевую роль в производстве энергии на Земле. Солнечная энергия происходит из ядерных реакций в самом солнце, в результате которых высвобождается огромное количество энергии. Солнечная энергия - это энергия, получаемая от солнечного излучения. Физика изучает принципы преобразования солнечного излучения в электрическую энергию с помощью фотоэлектрических панелей, основанных на фотоэффекте. Исследования направлены на то, чтобы повысить эффективность преобразования солнечной энергии, увеличивая КПД солнечных панелей и разработку новых материалов для получения тока от солнечного излучения. Человечество использует солнечную энергию для генерации электроэнергии и отопления, основываясь на принципе солнечных панелей или солнечных коллекторов.
Разновидности солнечных панелей
Монокристаллические панели, пластины (mono-Si) имеют равномерный темно-синий цвет по всей поверхности. Для их производства используется наиболее чистый кремний. Монокристаллические фотоэлементы среди всех кремниевых пластин имеют самую высокую цену, но обеспечивают и наилучший КПД.
Высокая стоимость производства обусловлена сложностью ориентации всех кристаллов кремния в одном направлении. Из-за таких физических свойств рабочего слоя максимальный КПД обеспечивается только лишь при перпендикулярном падении солнечных лучей на поверхность пластины
Монокристаллические батареи требуют дополнительного оборудования, которое автоматически поворачивает их в течение дня, чтобы плоскость панелей была максимально перпендикулярна солнечным лучам.
К преимуществам монокристаллических кремниевых батарей относят: 1)Высокий КПД со значением 17-25%. 2)Компактность — меньшая площадь размещения оборудования из расчета на единицу мощности, в сравнении с поликристаллическими кремниевыми панелями. 3)Долговечность — достаточная эффективность генерации электроэнергии обеспечивается до 25 лет.
Поликристаллические панели (multi-Si): имеют неравномерный по интенсивности синий окрас из-за разносторонней ориентированности кристаллов. Чистота кремния, используемого при их производстве, несколько ниже, чем у монокристаллических аналогов.
Разнонаправленность кристаллов обеспечивает высокий КПД при рассеянном свете – 12-18%. Он ниже, чем в однонаправленных кристаллах, но в условиях пасмурной погоды такие панели оказываются более эффективны.
К достоинствам солнечных батарей с разнонаправленными кристаллами относят: 1)Высокая эффективность в условиях рассеянного света. 2)Возможность стационарного монтажа на крышах зданий. 3)Меньшая стоимость по сравнению с монокристаллическими панелями. 4)Длительность эксплуатации — падение эффективности через 20 лет эксплуатации составляет всего 15-20%.
Тонкопленочные панели: Дешево стоят, но обладают очень низким уровнем КПД (3-5%), поэтому такие панели делают очень крупных размеров. На практике тонкопленочные батареи используются только в узкоспециализированных проектах, когда экономия по свободному пространству не требуется. Срок службы — 5-10 лет.
Работа солнечных панелей
Как устроена работа солнечных панелей, солнечное излучение передает энергию солнечным панелям, после чего панель направляет энергию в контроллер заряда (Контроллер заряда – это устройство, предназначенное для управления и контроля процесса зарядки аккумуляторной батареи.) . После чего постоянное ток проходя через аккумулятор поступает в инвертор, (Инвертор это устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины напряжения.).
Кроме солнечной энергии, физика также исследует использование других возобновляемых источников энергии, таких как ветроэнергетика, для питания зданий. Исследования в этой области включают разработку эффективных систем генерации энергии, анализ потенциала и оптимизацию использования возобновляемых источников энергии в конкретных климатических условиях.
Физика также изучает принципы хранения энергии в зданиях, особенно в батареях и аккумуляторах. Исследования направлены на повышение эффективности батарейных систем, увеличение их емкости и продолжительности работы, а также разработку новых материалов для хранения энергии
Установка
Определение оптимального местоположения: Выберите место с максимальной доступностью солнечного света на протяжении большей части дня. Обычно это направление к солнцу юг для жителей северного полушария. Убедитесь, что на выбранной плоскости нет недопустимых теней от окружающих объектов. Расчет оптимального угла наклона: Идеальный угол наклона солнечных панелей будет зависеть от широты вашего местоположения. Например, для большинства районов России оптимальный угол наклона составляет приблизительно 40-55 градусов.
