Наиболее эффективное использование солнечных батарей
Автор публикации: К. О, ученик 11А класса
Наиболее эффективное использование солнечных батарей
ВведениеАннотация: в статье рассмотрены зависимость эффективности работы солнечной батареи от факторов внешней среды, правильная её установка, возможные способы увеличения эффективности работы.
Ключевые слова: солнечная батарея, эффективность работы, солнечная панель, атмосферное давление, влажность воздуха, интенсивность излучения, угол падения света, температура, факторы внешней среды.
Объект исследования: солнечная батарея.
Предмет исследования: зависимость эффективности работы солнечной батареи от факторов внешней среды.
Солнечные батареи представляют собой тонкие кремниевые пластины, которые преобразуют солнечный свет в электричество.
АктуальностьВ связи с истощением природных запасов нефти и газа, появилась необходимость в использовании альтернативных источников энергии. Одним из этих источников является солнце. Данный вид энергообеспечения оптимален для тех территорий и объектов, где нет других источников. Солнечные батареи обладают такими недостатками, как высокая стоимость, невозможность использования как основного источника энергии в некоторых условиях. Вследствие чего появилась необходимость в знании факторов определяющих эффективность солнечных батарей.
Гипотеза: угол падения света на панель, температура, влажность, атмосферное давление, интенсивность падающего излучения влияют на работу солнечной батареи.
Цель: изучение зависимости эффективности работы солнечной батареи от угла падения света на панель, температуры, влажности, атмосферного давления, интенсивности падающего излучения.
Задачи:
1. Собрать и изучить информацию о принципе работы солнечного элемента.
2. Провести анкетирование.
3. Опытным путем установить зависимость эффективности работы солнечного элемента от факторов внешней среды.
4. Сделать вывод.
Исследования Интенсивность излучения Для выявления зависимости эффективности работы солнечной батареи от интенсивности падающего излучения были использованы: лампочка подключенная к лабораторному блоку питания, вольтамперметр, погодная станция и закрепленная солнечная панель. В ходе эксперимента напряжение подаваемое на лампу, а следовательно и интенсивность излучения плавно изменялись. При этом температура, угол падения, влажность воздуха и атмосферное давление не изменялись. 
Рядом с солнечной панелью была установлена лампа, которая может изменять свой угол наклона. В начале угол наклона составлял 30°. В таком положении панель вырабатывает 4.30 вольта. При увеличении угла до 45°, панель стала вырабатывать 4.76 вольта. И под углом падения равном 90° панель вырабатывает 5.02 вольта. Стоит сказать, что температура, яркость, влажность и атмосферное давление не изменялись в ходе эксперимента. 
В доказательство, зависимости эффективности работы солнечной панели от температуры, был проведен эксперимент. Для него было изготовлена специальная капсула, которая не пропускает свет извне. Также она фиксирует источник света и солнечную панель в одном положении. Источник света на протяжении всего эксперимента не изменял свою мощность. Сначала эксперимента напряжение достигало 1.89 вольта при комнатной температуре в 25°C. После повышения температуры до 35°C, напряжение составляло 0.85 вольта. Впоследствии температура снизилась до отметки в 4°C, в результате напряжение электричества в панели составило 2.28 вольта. Далее при понижении температуры до -23°C, напряжение повысится до 3.17 вольт. 
Для подтверждения или опровержения теории о влиянии влажности воздуха необходимо сравнить эффективность работы СБ при значительно отличающихся показателях влажности воздуха. Наивысшая влажность воздуха составляла 73%, а температура 27° C. Вырабатываемый ток был равен 1.37 вольта. После уменьшения влажности до 33%, температура и интенсивность излучения и другие факторы внешней среды остались неизменными. Ток, вырабатываемый солнечной панелью, остался прежним. 
В начале эксперимента по выявлению зависимости эффективности работы солнечной панели от атмосферного давления, был воссоздан импровизированный стенд. В нем закреплено светодиодное освещение и панель под неизменяемым углом. Дополнительное освещение было не от камеры, поэтому смена ракурса не повлияла на исход эксперимента. Для измерения атмосферного давления был создан самодельный барометр. Он представляет собой банку с заклеенной пленкой крышкой. На этой крышке была закреплена палочка для более точного измерения давления. За два вечера удалось зафиксировать довольно сильный перепад давления, при одинаковой температуре. В первый вечер стрелка барометра показывала около 6 см. Температура была равна 8°C, а вырабатываемое панелью напряжение было равно 1.64 вольта. Во второй вечер были те же самые условия, что и в первый, но в этот раз стрелка барометра показывала приблизительно 5.5 см. Вырабатываемый ток оставался таким же. 
С увеличением интенсивности падающего излучения, увеличивается ток вырабатываемый солнечной батареей.
Рекомендации: при отсутствии периодической чистки панелей, те в свою очередь со временем будут покрываться слоем пыли и грязи. Этот слой будет препятствовать попаданию солнечного света на панель. Что и приведёт к снижению эффективности работы до 30%, а в некоторых случаях и до 50%. Также облака, высокие постройки и прочие источники тени могут негативно сказаться на эффективности работы солнечной батареи. Поэтому нужно устанавливать панели в местности, где максимально долгое время светит солнце, редкая пасмурность и нет чего-либо что может закрыть панель от света.
Угол падения светаПод углом 90° панель вырабатывает наибольший ток.
Рекомендации: для удержания панели под прямым углом используют специальные установки, следящие за положением солнца и выставляющие панель под правильным углом к свету. Недостатком подобных установок является высокая стоимость. Однако средний срок их окупаемости примерно равен тому за, который окупается солнечная панель без установки. При этом солнечная панель с установкой имеет большую (на 50%) производительность.
ТемператураЧем ниже температура солнечной панели, тем выше ее эффективность работы.
Рекомендации: необходимо поддерживать температуру в допустимом диапазоне в, котором солнечные панели не выходят из строя. В среднем этот диапазон составляет от -40°C до +80°C. Охлаждение солнечных батарей осуществляется несколькими способами. Тепло рассеивают естественным ветром, который проходит через радиаторы. Или зазоры между панелями и плоскостями к, которым они прикрепляются. Также часть тепла могут использовать солнечные коллекторы, использующие её для нагрева воды. В таком случает тепло не рассеивается в атмосфере, а совершает полезную работу.
Влажность и атмосферное давлениеВсе современные солнечные панели защищены, проводящем ультрафиолет, стеклом. Это необходимо для защиты фотодиодов от влаги и физических воздействий. Потому атмосферное давление и влажность воздуха не влияют на эффективность работы солнечной батареи.
https://akbinfo.ru/alternativa/kpd-solnechnyh-batarej.html#i-2
https://nova-sun.ru/solnechnye-paneli/effektivnost-solnechnyh-panelej#Возможные_загрязнения
https://nova-sun.ru/solnechnye-paneli/ustanovka/ustanovka-solnechnyh-panelej-na-kryshe
