Энергия от солнечных батарей: Как работают солнечные батареи

Содержание

Как работают солнечные батареи

В рамках международных программ по устойчивому развитию и глобального «озеленения» специалисты ищут альтернативные источники энергии. Одним из таких решений являются солнечные батареи, которые все чаще используются в новых домах — в том числе в России. Т&Р рассказывают, как рассчитать необходимую для солнечных батарей энергию, и объясняют, почему их нельзя считать полностью экологичными.

Устройство солнечных батарей

Согласно данным Statista, мировая мощность солнечных батарей выросла с 5 гигаватт в 2005 году до 509,3 гигаватта к 2018 году. В одной только Германии совокупное количество солнечных батарей достигло 42,4 гигаватта. Эта технология остается одним из наиболее финансируемых возобновляемых источников, а стоимость рынка солнечной энергии продолжает расти.

Система с солнечными батареями может полностью обеспечивать электроэнергией средний дом в течение нескольких часов, если он подключен к сети. Даже если электричество отключить, батареи продолжат работу.

Система накопления солнечной энергии состоит из четырех основных частей:

Солнечные панели — они обеспечивают электричеством систему при достаточном солнечном свете.

Контроллеры заряда солнечных батарей — управляют мощностью, поступающей в батареи, и предотвращают обратный ток, который истощает батареи, когда солнце не светит.

Батареи — запасают энергию постоянного тока от солнечных панелей для последующего использования в доме.

Инвертор — преобразует мощность постоянного тока от солнечных панелей или батарей в мощность переменного тока для дома.

Две кремниевые пластины покрыты разными веществами (бор и фосфор). На пластинке с фосфором образуются свободные электроны. Они начинают двигаться под воздействием солнечного света. Образуется электрический ток, который впоследствии направляется в сами батареи, где и накапливается солнечная энергия.

Чем больше панель, тем больше энергии вы можете собрать. Иногда собирается больше энергии, чем необходимо, поэтому на более крупных панелях устанавливается стабилизатор напряжения для управления потоком энергии и предотвращения повреждения батареи. При выборе солнечной батареи нужно знать, сколько энергии она может хранить. Затем вы можете выбрать солнечную панель, которая может пополнить ваш запас энергии в батарее с учетом того, как часто вы пользуетесь какой-то техникой.

Как рассчитать солнечную энергию

Теоретически, чтобы рассчитать энергию солнечной батареи, нужно умножить ватты (солнечной панели) на количество часов нахождения на солнце. Например, если телевизор мощностью 20 Вт будет включен в течение двух часов, его батарея потребует 20×2 = 40 Вт в день.

На практике этот способ не работает, так как есть множество внешних факторов, таких как сезонные различия, климатические и так далее.

Британская организация Solar Technology International приводит пример: в средний зимний день в Великобритании период солнечного света составляет всего один час, в летние дни — около шести часов солнечного света. Таким образом, зимой 10-ваттная панель будет обеспечивать 10-ваттную энергию обратно в батарею (10 Вт x 1 = 10 Вт). А летом 10-ваттная панель будет обеспечивать 60-ваттную энергию обратно в вашу батарею (10 Вт x 6 = 60 Вт).

Солнечные батареи — это экологично?

Для изготовления солнечных панелей требуются едкие химические вещества, такие как гидроксид натрия и плавиковая кислота, а в процессе используется вода, а также электричество, при производстве которых выделяются парниковые газы.

Согласно данным National Geographic, в Китае производитель панелей Jinko Solar столкнулся с протестами, на него подали в суд, так как один из его заводов в восточной провинции Чжэцзян сбрасывал токсичные отходы в близлежащую реку.

Кроме того, до сих пор не решена проблема с переработкой солнечных батарей. Бен Сантаррис, директор по стратегическим вопросам SolarWorld, сказал, что его компания прикладывает усилия по переработке панелей, но результата пока нет. По словам Дастина Малвани, доцента экологических исследований в Государственном университете Сан-Хосе, переработка крайне важна из-за материалов, используемых для изготовления панелей, так как при попадании в мусорку они становятся опасны для окружающей среды. По данным Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation, на переработку солнечных панелей, выпущенных за все время в Японии, потребуется не менее 19 лет.

Любовь Карась

Принцип работы солнечной батареи — как работает солнечная панель?

Если раньше люди были зависимы от централизованного энергоснабжения, то сейчас у всех есть хорошая альтернатива – солнечные батареи. Такое оборудование идеально для установки в частных домах, дачах, на промышленных объектах. Электростанции стали доступнее по цене и разнообразнее по видам и мощности. В этой публикации мы детальнее рассмотрим принцип работы солнечной батареи, ее виды и преимущества использования в быту и на производстве.

Человечество уже давно задумывалось об использовании неиссякаемой энергии солнца. Первые попытки предпринимались еще в двадцатом веке. Тогда была разработана концепция термальной электростанции. Однако на практике она показывала очень низкую эффективность, ведь концепция подразумевала трансформацию энергии солнца. Проанализировав первую неудачу, ученые пришли к выводу, что необходимо использовать солнечные лучи напрямую. Такой принцип был открыт в 1839 году. Его основал Александр Беккерель. Однако до появления первых полупроводников прошло немало лет. Они были изобретены лишь в 1873 году. Этот год можно назвать началом работы над современными прототипами электростанций.

Если говорить о том, из чего состоит солнечная батарея, то изначально стоит упомянуть фотоэлементы. Их можно назвать маленькими генераторами. Именно они выполняют основную функцию – собирают энергию солнца. Сегодня есть несколько видов солнечных панелей, о которых будет рассказано в следующем разделе. Однако, независимо от вида, современная панель представляет собой основу определенного размера, на которой размещаются вышеупомянутые фотоэлементы. Эти элементы очень хрупкие, поэтому они дополнительно защищаются стеклом и полимерной подложкой.

Однако солнечные панели – это лишь часть всей электростанции. Также в нее входят другие элементы:

Аккумуляторная батарея.
Контролер заряда.
Инвертор.
Стабилизатор.

Каждый из перечисленных устройств выполняет свою функцию. Аккумулятор – накапливает и хранит добытую энергию, контролер – контролирует мощность, подключает и отключает батарею, анализируя уровень заряда. Инвертор называют еще преобразователем. Это оборудование превращает прямой ток в переменный. Благодаря ему электричество можно использовать для бытовых целей. Последней составляющей электростанции является стабилизатор. Он защищает всю систему от скачков напряжения.

Какие виды солнечных батарей существуют?

Есть несколько классификационных признаков, по которым все солнечные панели делятся на разные виды:

Тип устройств.
Материал изготовления фотоэлектрического слоя.

По типу устройства выделяют два вида: гибкие и жесткие. Первый тип отличается своей пластичностью. Такую панель можно легко скрутить в трубочку, ничего не повредив. Твердая панель не меняет своей формы. По материалу изготовления есть три вида: аморфные, поликристаллические, монокристаллические.

Аморфные батареи могут быть гибкими. Они непривередливы к месту установки, но КПД такого устройства очень низкий. Он составляет не более шести процентов. Поликристаллические изделия отличаются низкой ценой. Однако они более эффективны в пасмурную погоду. В очень жаркую погоду их выработка снижается чуть больше чем у монокристаллических модулей.

Если необходим максимальный эффект от электростанции, то следует отдавать предпочтение панелям с монокристаллическими элементами. Уровень их КПД достигает двадцати пяти процентов. Монокристаллические панели являются более дорогими, так как монокристаллический кремний при производстве требует больших энерго и временных затрат.

Сфера применения солнечных батарей

С разработкой новых технологий и развитием концепции питания от солнечной энергии сфера применения панелей стала довольно широкой. Раньше такие устройства обычно устанавливались на небольших частных домах или дачах. Они применялись исключительно в бытовых нуждах, так как потребляемая мощность была минимальная. Сейчас же есть мощнейшие электростанции, показывающие высокую эффективность работы. По этой причине сфера применения панелей стала больше.

Интересный факт! Энергии, которую выделает Солнце за одну секунду, может хватить для обеспечения электричеством всего человечества на пятьсот тысяч лет.

Солнечные батареи стали активно применяться на промышленных и коммерческих объектах, позволяя значительно экономить на их энергоснабжении. Также панели устанавливают на сельскохозяйственных предприятиях, на фермах, военно-космических объектах. Менее мощные панели применяются для изготовления различных приспособлений для быта: фонариков, калькуляторов, зарядных устройств, др. Они служат источником энергии там, где нет возможности подключиться к центральной сети. Такие приспособления пользуются большим спросом у охотников, рыбаков, любителей походов.

Важно! Солнечные электростанции современного образца будут эффективны везде: как в доме, так и на большом промышленном объекте. Однако для этого они должны быть правильно подобраны по необходимой мощности. Расчет данного параметра должен осуществляться специалистом.

Как работает солнечная панель: принцип работы устройства простым языком

Если предстоит покупка солнечных батарей, то нужно обязательно ознакомиться не только с их устройством, но и с принципом работы. Итак, как работает солнечная панель? Несмотря на внешнюю простоту устройства, принцип работы такой электростанции довольно сложный. Он основан на фотоэлектрическом эффекте, который достигается при помощи фотоэлементов.

Солнечные панели собирают лучи. Они попадают на фотоэлектрический слой. Солнечный свет приводит к высвобождению электронов из двух слоев. На освободившиеся место из первого слоя встают электроны второго слоя. Происходит постоянное движение электронов, что приводит к естественному образованию напряжения на внешней цепи. В результате один из фотоэлектрических слоев приобретает отрицательный заряд, а второй – положительный.

Эти действия приводят в работу аккумулятор. Он начинает набирать и хранить заряд. При этом уровень заряда аккумулятора постоянно контролируется. Если он низкий, контролер включает в работу солнечную панель. В случае высокого заряда это же устройство панель отключает. Далее включается в работу инвертор. Он преобразовывает ток из постоянного в переменный. С его помощи на выходе электростанции появляется напряжение в 220 В. Это дает возможность подключать и питать от электростанции бытовые приборы.

Подключение солнечной панели

Эффективность и правильность работы солнечных батарей зависит не только от их вида, мощности, но и от установки и подключения. Должна быть разработана правильная схема подключения всех элементов электростанции и грамотно выбрано место для установки солнечных панелей. Такую работу можно доверять только профессионалам.

Не секрет, что выходное напряжение одной панели относительно невысокое. Обычно используются несколько батарей одновременно. Все панели должны подключаться параллельно-последовательным способом. Такой тип подключения позволяет обеспечивать максимальную эффективность работы оборудования.

Преимущества, недостатки панелей

Солнечные батареи стали дешевле, что сделало их доступнее для более широкого круга потребителей. Однако перед покупкой каждый человек должен детально ознакомиться с преимуществами и недостатками этого источниками энергоснабжения. Среди его неоспоримых достоинств стоит отметить следующие:

экологическая безопасность. В наше время экология – это одна из насущных проблем. Солнечные электростанции работают без вреда окружающей среде. Они не выделяют при работе вредных веществ;
быстрая окупаемость. Стоимость электричества, как для бытовых пользователей, так и для предприятий, постоянно растет. С установкой панелей удается полностью или частично перейти на альтернативный источник энергии, являющийся абсолютно бесплатным и доступным каждому. Благодаря этому, покупка и установка оборудования окупается за считанные годы работы;
легкость использования электростанции. Несмотря на сложное устройство и принцип работы, эксплуатировать станцию довольно просто. Главное – следить за исправностью ее составляющих и не экономить на обслуживании, которое требуется не так часто;
быстрая установка. Профессионалы монтируют все элементы станции буквально за несколько часов или дней (в зависимости от количества панелей, мощности, др.). Больше времени занимает подбор составляющих и покупка оборудования.

Недостатки у таких установок тоже имеются. Самый основной заключается в дороговизне оборудования. Однако не стоит забывать, что большой вклад при покупке быстро окупится многолетним бесплатным использованием энергии солнца. Вторым серьёзным недостатком солнечных панелей является их зависимость от внешних факторов. Эффективность их работы зависит от погоды, температурных условий, положения по отношению к Солнцу, от чистоты поверхности.

Как достичь максимальной эффективности работы батарей?

Солнечную электростанцию имеет смысл ставить только в регионах с длительным световым днем. Там, где день короткий, можно применять панели только в качестве дополнительного источника света, но не основного. Как уже было замечено, разные виды солнечных батарей имеют свой КПД. Чтобы добиться максимального эффекта, следует выбирать устройства с максимальной производительностью, несмотря на их дороговизну.

Большую роль будет играть правильность расчета мощности всей установки. Это позволит подобрать необходимый размер и количество панелей, мощность других комплектующих станции. Также залогом эффективной работы панелей является мощный аккумулятор. В системе должно быть два аккумулятора, особенно в зимнее время года. Второй аккумулятор позволит накапливать достаточно энергии для обеспечения электричеством объекта в короткие световые дни.

Нельзя забывать и о других факторах, которые влияют на работу станции. Панели должны быть расположены под правильным углом, их нужно обязательно держать в чистоте. В противном случае, КПД батарей будет значительно снижаться.

Как работает солнечная энергия?

Солнечная энергия работает путем преобразования энергии солнца в электричество. Есть две формы энергии, вырабатываемой солнцем для нашего использования – электричество и тепло.

И то, и другое генерируется за счет использования солнечных панелей, размеры которых варьируются от крыш жилых домов до «солнечных ферм», раскинувшихся на акрах сельской земли.

Является ли солнечная энергия чистым источником энергии?

Да, солнечная энергия является возобновляемым и бесконечным источником энергии, который не создает вредных выбросы парниковых газов – пока светит солнце, будет выделяться энергия.

Углеродный след солнечных панелей уже довольно мал, так как они служат более 25 лет без потери эффективности. А материалы, используемые в панелях, все чаще перерабатываются, поэтому углеродный след будет продолжать сокращаться.

Когда была открыта солнечная энергия?

Солнечная энергия использовалась людьми еще в 7 веке до нашей эры, когда люди использовали солнечный свет для разжигания огня, отражая солнечные лучи на блестящие предметы. Позднее, в 39 г.0018 rd века до нашей эры, греки и римляне использовали солнечную энергию с зеркалами, чтобы зажигать факелы для религиозных церемоний.

В 1839 году, в возрасте всего 19 лет, французский физик Эдмон Беккерель открыл фотогальванический (PV) эффект, экспериментируя с ячейкой из металлических электродов в проводящем растворе. Он отметил, что ячейка производила больше электричества, когда подвергалась воздействию света — это была фотогальваническая ячейка.

В 1954 году зародилась фотоэлектрическая технология, когда Дэрил Чапин, Кэлвин Фуллер и Джеральд Пирсон разработали кремниевый фотоэлемент в Bell Labs в 19 году.54 — первый солнечный элемент, способный поглощать и преобразовывать достаточное количество солнечной энергии в энергию для работы повседневного электрооборудования.

Сегодня спутники, космические корабли, вращающиеся вокруг Земли, питаются от солнечной энергии.

Как именно производится электричество из солнечной энергии?

Солнечные панели обычно изготавливаются из кремния, установленного в металлическом каркасе панели со стеклянным корпусом. Когда фотоны или частицы света попадают на тонкий слой кремния в верхней части солнечной панели, они выбивают электроны из атомов кремния.

Этот фотоэлектрический заряд создает электрический ток (в частности, постоянный ток или постоянный ток), который улавливается проводкой в солнечных панелях. Это электричество постоянного тока затем преобразуется инвертором в переменный ток (AC). Переменный ток — это тип электрического тока, используемый при подключении приборов к обычным настенным розеткам.

В чем разница между солнечными фотоэлектрическими панелями и солнечными тепловыми панелями?

Солнечные фотоэлектрические панели вырабатывают электроэнергию, как описано выше, а солнечные тепловые панели вырабатывают тепло. Хотя источник энергии один и тот же — солнце — технологии в каждой системе разные.

Солнечная фотоэлектрическая энергия основана на фотогальваническом эффекте, при котором фотон (основная единица света) сталкивается с поверхностью полупроводника, такой как кремний, и вызывает высвобождение электрона. Солнечная тепловая энергия менее сложна и представляет собой прямое нагревание воды (или других жидкостей) солнечным светом. Для бытового использования солнечные тепловые панели также устанавливаются на крыше, обращенной к солнцу, нагревают воду, хранящуюся в баке с горячей водой, и таким образом обеспечивают горячее водоснабжение и отопление. В более широком масштабе солнечная тепловая энергия также может использоваться на электростанциях.

Что такое солнечные фермы?

Солнечные фермы, также известные как солнечные парки или солнечные поля, представляют собой большие участки земли, содержащие взаимосвязанные солнечные панели, расположенные вместе на многих акрах, для одновременного сбора большого количества солнечной энергии. Солнечные фермы предназначены для крупномасштабного производства солнечной энергии, которая подается непосредственно в сеть, в отличие от отдельных солнечных панелей, которые обычно питают один дом или здание.

Можно ли вырабатывать солнечную энергию в пасмурный день?

Да, может — солнечной энергии требуется лишь некоторый уровень дневного света, чтобы использовать солнечную энергию. Тем не менее, скорость, с которой солнечные панели вырабатывают электроэнергию, зависит от количества прямого солнечного света и качества, размера, количества и местоположения используемых панелей.

Кто является крупнейшим производителем солнечной энергии в мире?

Китай является крупнейшим производителем солнечной энергии в мире , произведя 261 659 ГВтч в 2020 году. США занимают второе место, производя 119329 ГВтч в том же году, за ней следуют Япония, Индия и Германия.

Текущий рекорд пиковой выработки солнечной электроэнергии, зарегистрированный нашим Национальным центром управления электроэнергией в Великобритании, составляет 9680 МВт на 20 апреля 2020 года — этого достаточно, чтобы вскипятить пять миллионов чайников!

Что мы делаем, чтобы увеличить количество солнечной энергии в сети в Великобритании?

Национальная электросеть ESO готовит британскую электроэнергетическую систему к тому, чтобы к 2025 году она могла работать на электроэнергии с нулевым выбросом углерода, готовой приспособить любое количество возобновляемой электроэнергии, включая солнечную энергию.

Чтобы поставлять в сеть постоянно увеличивающееся количество возобновляемой энергии и снижать затраты для клиентов, они работают над решением двух взаимосвязанных задач: обеспечение баланса спроса на электроэнергию за счет вырабатываемой электроэнергии и обновление основ электроснабжения. система. Электричество исторически зависело от ископаемого топлива, поэтому они разрабатывают новые подходы и внедряют новые технологии.

В недавнем успешном тесте , как часть 9В рамках проекта 0009 Power Potential инверторы на солнечной электростанции были модернизированы таким образом, чтобы, помимо обеспечения электроэнергией в солнечный день, электростанция могла также обеспечивать использование в ночное время, сглаживая колебания напряжения и поддерживая стабильность сети.

Солнечная энергия также играет роль в обеспечении частотной характеристики, одного из инструментов балансировки, которые ESO использует для поддержания баланса системы электроснабжения.

В ходе недавнего судебного разбирательства был заключен контракт, полностью заключенный с домашними пользователями, что позволяет им получать оплату за экспорт своей избыточной энергии в сеть и одновременно помогает сбалансировать спрос и предложение с более чистой, децентрализованной энергией.

Ознакомьтесь с нашими обязательствами по защите окружающей среды

Объяснение дополнительных источников энергии

Как работает ветряная турбина?

Солнечная интеграция: основы солнечной энергии и хранения

Иногда два лучше, чем один. Одним из таких случаев является сочетание технологий солнечной энергии и хранения. Причина: солнечная энергия не всегда производится в то время, когда она больше всего нужна. Пиковое энергопотребление часто приходится на летние дни и вечера, когда падает выработка солнечной энергии. В это время температура может быть самой высокой, и люди, которые работают в дневное время, возвращаются домой и начинают использовать электричество для охлаждения своих домов, приготовления пищи и запуска приборов.

Хранилище помогает солнечной энергии вносить свой вклад в электроснабжение, даже когда солнце не светит. Это также может помочь сгладить различия в том, как солнечная энергия течет по сети. Эти различия связаны с изменениями количества солнечного света, попадающего на фотоэлектрические (PV) панели или системы концентрации солнечной тепловой энергии (CSP). На производство солнечной энергии могут влиять сезон, время суток, облачность, пыль, дымка или препятствия, такие как тени, дождь, снег и грязь. Иногда хранилище энергии совмещается с системой солнечной энергии или размещается рядом с ней, а иногда система хранения стоит отдельно, но в любой конфигурации она может помочь более эффективно интегрировать солнечную энергию в энергетический ландшафт.

Что такое хранение энергии?

«Хранение» относится к технологиям, которые могут улавливать электричество, хранить его как другую форму энергии (химическую, тепловую, механическую), а затем высвобождать ее для использования, когда это необходимо. Литий-ионные аккумуляторы являются одной из таких технологий. Хотя использование накопления энергии никогда не бывает эффективным на 100 % — некоторая часть энергии всегда теряется при преобразовании энергии и ее извлечении, — хранение позволяет гибко использовать энергию в разное время, когда она была произведена. Таким образом, хранение может повысить эффективность и отказоустойчивость системы, а также улучшить качество электроэнергии за счет согласования спроса и предложения.

Хранилища различаются как по энергоемкости, которая представляет собой общее количество энергии, которое может быть сохранено (обычно в киловатт-часах или мегаватт-часах), так и по мощности, которая представляет собой количество энергии, которое может быть высвобождено при заданной время (обычно в киловаттах или мегаваттах). Разные энергетические и энергетические мощности накопителей могут использоваться для решения разных задач. Краткосрочное хранение, которое длится всего несколько минут, обеспечит бесперебойную работу солнечной электростанции во время колебаний мощности из-за проходящих облаков, в то время как более долгосрочное хранение может помочь обеспечить поставку в течение нескольких дней или недель, когда производство солнечной энергии низкое или во время серьезного погодного явления. , Например.

Преимущества комбинирования аккумулирования и солнечной энергии

Балансировка нагрузки электроэнергии вопросы перегенерации и надежности сети. И наоборот, могут быть другие времена, после захода солнца или в пасмурные дни, когда солнечной энергии мало, но есть большой спрос на электроэнергию. Введите хранилище, которое можно заполнить или зарядить, когда выработка высокая, а потребление энергии низкое, а затем раздать, когда нагрузка или спрос высоки. Когда часть электричества, произведенного солнцем, помещается в хранилище, это электричество можно использовать всякий раз, когда оно нужно операторам сети, в том числе после захода солнца. Таким образом, хранение действует как страховой полис от солнечного света.
«Укрепление» солнечной генерации – Краткосрочное хранение может гарантировать, что быстрые изменения в генерации не сильно повлияют на мощность солнечной электростанции. Например, небольшую батарею можно использовать для преодоления кратковременного сбоя генерации из-за пролетающего облака, помогая сети поддерживать «устойчивое» электроснабжение, которое является надежным и стабильным.
Обеспечение отказоустойчивости — Солнечная энергия и аккумулирование могут обеспечить резервное питание во время отключения электроэнергии. Они могут поддерживать работу критически важных объектов для обеспечения непрерывности основных услуг, таких как связь. Солнечная энергия и накопители также могут использоваться для микросетей и приложений меньшего масштаба, таких как мобильные или портативные блоки питания.

Типы аккумулирования энергии

Наиболее распространенным типом аккумулирования энергии в энергосистеме являются насосные гидроэлектростанции. Но технологии хранения, наиболее часто связанные с солнечными электростанциями, представляют собой электрохимическое хранение (батареи) с фотоэлектрическими установками и хранение тепла (жидкости) с установками CSP. Другие типы хранилищ, такие как хранилища сжатого воздуха и маховики, могут иметь другие характеристики, такие как очень быстрая разгрузка или очень большая емкость, что делает их привлекательными для операторов энергосистем. Более подробная информация о других типах хранилищ приведена ниже.

Аккумулирующие гидроэлектростанции

Аккумулирующие гидроэлектростанции — это технология накопления энергии на основе воды. Электрическая энергия используется для перекачивания воды вверх в водохранилище, когда потребность в энергии невелика. Позже вода может течь обратно вниз по склону и вращать турбину для выработки электроэнергии, когда спрос высок. Насосная гидроэнергетика — это хорошо проверенная и зрелая технология хранения, которая используется в Соединенных Штатах с 1929 года. Однако она требует подходящих ландшафтов и резервуаров, которые могут быть естественными озерами или искусственными путем строительства дамб, что требует длительных разрешений регулирующих органов, длительных сроки реализации и большой первоначальный капитал. Помимо энергетического арбитража, стоимость услуг насосных гидроэлектростанций для интеграции переменных возобновляемых источников энергии не полностью реализована, что может увеличить период финансовой окупаемости. Таковы некоторые из причин, по которым в последнее время гидроэлектростанции не строились, хотя интерес очевиден из запросов в Федеральную комиссию по регулированию энергетики о предварительных разрешениях и лицензиях.

Электрохимическое хранилище

Многие из нас знакомы с электрохимическими батареями, которые используются в ноутбуках и мобильных телефонах. Когда электричество подается в батарею, оно вызывает химическую реакцию, и энергия сохраняется. Когда батарея разряжается, эта химическая реакция меняется на обратную, что создает напряжение между двумя электрическими контактами, в результате чего из батареи течет ток. Наиболее распространенный химический состав для аккумуляторных элементов — литий-ионный, но другие распространенные варианты включают свинцово-кислотные, натриевые и никелевые батареи.

Аккумулирование тепловой энергии

Аккумулирование тепловой энергии — это семейство технологий, в которых жидкость, такая как вода, расплав соли или другой материал, используется для хранения тепла. Затем этот теплоаккумулирующий материал хранится в изолированном резервуаре до тех пор, пока не потребуется энергия. Энергия может использоваться непосредственно для обогрева и охлаждения или для производства электроэнергии. В системах хранения тепловой энергии, предназначенных для электричества, тепло используется для кипячения воды. Полученный пар приводит в действие турбину и производит электроэнергию с использованием того же оборудования, которое используется на обычных электростанциях. Аккумулирование тепловой энергии полезно в установках CSP, которые фокусируют солнечный свет на приемнике для нагрева рабочей жидкости. Сверхкритический диоксид углерода исследуется в качестве рабочей жидкости, которая может использовать преимущества более высоких температур и уменьшить размер электростанций.

Хранение маховика

Маховик представляет собой тяжелое колесо, прикрепленное к вращающемуся валу. Расход энергии может заставить колесо вращаться быстрее. Эту энергию можно извлечь, подключив колесо к электрическому генератору, который использует электромагнетизм для замедления вращения колеса и выработки электроэнергии. Хотя маховики могут быстро обеспечить мощность, они не могут хранить много энергии.

Хранилище сжатого воздуха

Системы хранения сжатого воздуха состоят из больших емкостей, таких как резервуары, или естественных образований, таких как пещеры. Компрессорная система накачивает сосуды сжатым воздухом. Затем воздух можно выпустить и использовать для привода турбины, вырабатывающей электричество. Существующие системы хранения энергии на сжатом воздухе часто используют высвобождаемый воздух как часть энергетического цикла природного газа для производства электроэнергии.

Солнечное топливо

Солнечная энергия может использоваться для создания новых видов топлива, которые можно сжигать (сжигать) или потреблять для получения энергии, эффективно сохраняя солнечную энергию в химических связях. Среди возможных видов топлива, которые изучают исследователи, — водород, полученный путем отделения его от кислорода в воде, и метан, полученный путем объединения водорода и углекислого газа. Метан является основным компонентом природного газа, который обычно используется для производства электроэнергии или отопления домов.

Виртуальное хранилище

Энергию также можно сохранять, изменив то, как мы используем уже имеющиеся у нас устройства. Например, нагревая или охлаждая здание перед ожидаемым пиком потребления электроэнергии, здание может «аккумулировать» эту тепловую энергию, поэтому ему не нужно потреблять электричество позже в течение дня. Само здание действует как термос, сохраняя холодный или теплый воздух. Аналогичный процесс можно применить к водонагревателям, чтобы распределить спрос в течение дня.

В конечном счете, частные и коммерческие потребители солнечной энергии, а также коммунальные предприятия и крупные операторы солнечной энергии могут извлечь выгоду из систем, сочетающих солнечную энергию и аккумулирование. По мере продолжения исследований и снижения стоимости солнечной энергии и ее хранения решения для солнечной энергии и хранения станут более доступными для всех американцев.