Efficiënte omzetting van vrije zonnestralen in energie, die kan worden gebruikt om woningen en andere objecten te leveren, is de gekoesterde droom van vele apologeten voor groene energie.
Maar het principe van de werking van de zonnebatterij en de efficiëntie ervan zijn zodanig dat het nog niet mogelijk is om te spreken over de hoge efficiëntie van dergelijke systemen. Het zou leuk zijn om je eigen extra bron van elektriciteit te krijgen. Is het niet? Bovendien zijn er in Rusland, met de hulp van zonnepanelen, zelfs vandaag de dag vele particuliere huishoudens met "gratis" elektriciteit bevoorraad. Weet je nog steeds niet waar te beginnen?
Hieronder zullen we u vertellen over het apparaat en de principes van de werking van het zonnepaneel, u zult leren wat de efficiëntie van het zonnestelsel bepaalt. Videoclips in het artikel helpen u persoonlijk een zonnepaneel met fotovoltaïsche cellen te monteren.
Inhoud van het artikel:
- Zonnepanelen: terminologie
-
De interne structuur van de zonnebatterij
- Soorten fotocell-kristallen
- Het principe van het zonnepaneel
- Zonne-energie-efficiëntie
- Het machtsschema van het huis tegen de zon
- Conclusies en nuttige video over het onderwerp
Zonnepanelen: terminologie
In het onderwerp "zonne-energie" veel nuances en verwarring. Nieuwkomers kunnen aanvankelijk moeilijk alle onbekende termen begrijpen. Maar zonder dit zou het onverstandig zijn om gebruik te maken van zonne-energie door apparatuur aan te schaffen voor het genereren van zonnestroom.
Zonder het te weten, kunt u niet alleen een ongeschikt paneel kiezen, maar het ook gewoon verbranden wanneer het is aangesloten of er te weinig energie uithalen.
De maximale impact van het zonnepaneel kan alleen worden verkregen door te weten hoe het werkt, welke componenten en componenten het bevat en hoe het allemaal correct verbindt.
Eerst moet je de bestaande soorten apparatuur voor zonne-energie begrijpen. Zonnepanelen en zonnecollectoren zijn twee fundamenteel verschillende apparaten. Beiden zetten de energie van de stralen van de zon om.
In het eerste geval echter, aan de uitvoer, ontvangt de consument elektrische energie, en in de tweede, thermische energie in de vorm van een verwarmd koelmiddel, d.w.z. zonnepanelen zijn gewend om huis verwarming.
De tweede nuance is het concept van de term "zonnebatterij" zelf. Gewoonlijk betekent het woord "batterij" een apparaat dat elektriciteit verzamelt. Of denk aan een banale verwarmingsradiator. In het geval van helio-batterijen is de situatie echter radicaal anders. Ze hopen niets op zichzelf op.
Het zonnepaneel genereert een constante stroom. Om het om te zetten in een variabele (gebruikt in het dagelijks leven), moet er een omvormer in het circuit aanwezig zijn.
Zonnepanelen zijn exclusief ontworpen voor het genereren van elektrische stroom. Het accumuleert op zijn beurt om het huis 's nachts van elektriciteit te voorzien, wanneer de zon ondergaat en al in de batterijen zit die aanwezig zijn in het aanvullende energievoorzieningssysteem van het object.
De batterij wordt hier bedoeld in de context van een bepaalde reeks vergelijkbare componenten die tot iets geheel zijn samengevoegd. In feite is dit slechts een paneel van verschillende identieke fotocellen.
De interne structuur van de zonnebatterij
Geleidelijk aan worden zonnecellen goedkoper en efficiënter. Nu worden ze gebruikt voor het opladen van batterijen in straatlantaarns, smartphones, elektrische auto's, privéwoningen en satellieten in de ruimte. Ze begonnen zelfs hoogwaardige zonne-energiecentrales (SES) te bouwen met grote volumes van opwekking.
Heliobattery bestaat uit een reeks fotovoltaïsche cellen (foto-elektrische converters FEP) die de energie van fotonen van de zon in elektriciteit omzetten
Elke zonnebatterij is gerangschikt als een blok van het n-de aantal modules die sequentieel verbonden halfgeleider fotovoltaïsche cellen combineren. Om de principes van de werking van een dergelijke batterij te begrijpen, is het noodzakelijk om het werk van deze eindeenheid te begrijpen in het apparaat heliopanel, gecreëerd op basis van halfgeleiders.
Soorten fotocell-kristallen
Opties FEP van verschillende chemische elementen, er is een enorme hoeveelheid. De meeste van hen zijn echter ontwikkelingen in de beginfase. Op dit moment worden alleen op silicium gebaseerde fotovoltaïsche panelen commercieel geproduceerd.
Siliciumhalfgeleiders worden bij de vervaardiging van zonnecellen gebruikt vanwege hun lage kosten, ze kunnen niet bogen op bijzonder hoge efficiëntie
Een gewone fotocel in een heliopanel is een dunne plaat van twee lagen silicium, die elk hun eigen fysische eigenschappen hebben. Dit is een klassieke p-n overgang van halfgeleiders met elektron-gat paren.
Wanneer fotonen de FEP raken tussen deze lagen van de halfgeleider, vanwege de heterogeniteit van het kristal, wordt een foto-EMF-klep gevormd, resulterend in een potentiaalverschil en een elektronenstroom.
Siliciumplaten van fotocellen verschillen in productietechnologie voor:
- Monokristallijn.
- Polykristallijn.
De eerste hebben een hogere efficiëntie, maar de kosten van hun productie zijn hoger dan de tweede. Extern kan de ene optie van de andere op het zonnepaneel worden onderscheiden naar vorm.
Single-crystal FEP heeft een homogene structuur, ze zijn gemaakt in de vorm van vierkantjes met uitgesneden hoeken. Daarentegen hebben polykristallijne elementen een strikt vierkante vorm.
Polykristallen worden verkregen als gevolg van de geleidelijke afkoeling van gesmolten silicium. Deze methode is uiterst eenvoudig, dus deze fotovoltaïsche cellen zijn niet duur.
Maar hun prestaties als het gaat om het opwekken van elektriciteit uit zonnestraling overschrijden zelden 15%. Dit komt door de "onzuiverheid" van de verkregen siliciumwafels en hun interne structuur. Hier geldt: hoe zuiverder de p-laag van silicium, hoe hoger de efficiëntie van de FEP daaruit.
De zuiverheid van enkele kristallen in dit opzicht is veel hoger dan die van polykristallijne analoga. Ze zijn niet gemaakt van gesmolten, maar van kunstmatig gegroeid volledig siliciumkristal. De foto-elektrische conversiecoëfficiënt van een dergelijke FEP bereikt reeds 20-22%.
In een gemeenschappelijke module worden individuele fotocellen op een aluminium frame gemonteerd en om ze van bovenaf te beschermen, zijn ze bedekt met duurzaam glas, dat de zonnestralen niet verstoort.
De bovenste laag van de fotocelplaat tegenover de zon is gemaakt van hetzelfde silicium, maar dan met toevoeging van fosfor. Het is de laatste die de bron van overtollige elektronen zal zijn in het pn-verbindingssysteem.
Het principe van het zonnepaneel
Wanneer zonnestralen op de fotocel vallen, worden niet-equilibrium elektron-gatparen erin gegenereerd. Overtollige elektronen en "gaten" worden gedeeltelijk door de p - n overgang van de ene halfgeleiderlaag naar de andere overgebracht.
Als gevolg hiervan verschijnt spanning in het externe circuit. In dit geval wordt de positieve pool van de stroombron gevormd bij het contact van de p-laag en negatief bij de n-laag.
Het potentiaalverschil (spanning) tussen de contacten van de fotocel treedt op vanwege veranderingen in het aantal "gaten" en elektronen van verschillende kanten van de pn-overgang als gevolg van bestraling van de n-laag door de zonnestralen.
De fotocellen die zijn aangesloten op een externe belasting in de vorm van een batterij vormen daarmee een vicieuze cirkel. Als een resultaat werkt het zonnepaneel als een soort wiel, waarlangs eiwitten samen elektronen laten lopen. En de batterij wordt geleidelijk aan opgeladen.
Standaard foto-elektrische omzetters van silicium zijn unijunction-elementen. Elektronen stromen er alleen doorheen via een enkele p - n overgang met een energiebeperkte fotonenzone van deze overgang.
Dat wil zeggen, elk van deze fotocellen kan alleen elektriciteit opwekken uit een nauw spectrum van zonnestraling. Alle andere energie is verspild. Dat is de reden waarom de efficiëntie van de FEP zo laag is.
Om de efficiëntie van zonnecellen te verhogen, zijn siliciumhalfgeleidercellen recent voor hun meerdere lagen (cascade) gemaakt. In de nieuwe FEP-overgangen zijn er al verschillende. En elk van hen in deze cascade is ontworpen voor zijn eigen spectrum van zonlicht.
Het totale rendement van de omzetting van fotonen in elektrische stroom voor dergelijke zonnecellen neemt daardoor toe. Maar hun prijs is veel hoger. Ofwel het gemak van productie met lage kosten en lage efficiëntie, of hogere rendementen gekoppeld aan hoge kosten.
De zonnebatterij kan zowel in de zomer als in de winter werken (hij heeft licht nodig, geen warmte) - hoe minder bewolking en hoe helderder de zon schijnt, des te meer heliopanel elektrische stroom zal opwekken
Tijdens bedrijf worden de fotocel en de hele batterij geleidelijk warm. Alle energie die niet op de opwekking van elektrische stroom is overgegaan, wordt omgezet in warmte. Vaak stijgt de temperatuur op het oppervlak van het heliopanel tot 50-55 ° C. Maar hoe hoger het is, hoe minder efficiënt de fotovoltaïsche cel werkt.
Het gevolg is dat hetzelfde model van de zonnebatterij in de warmte minder stroom produceert dan bij vorst. Maximale efficiëntie fotovoltaïsche show op een heldere winterdag. Er zijn twee factoren - veel zon en natuurlijke koeling.
Bovendien, als sneeuw op het paneel valt, blijft het hoe dan ook elektriciteit genereren. Bovendien hebben de sneeuwvlokken niet eens de tijd om erop te liggen, smeltend van de hitte van de verwarmde fotocellen.
Zonne-energie-efficiëntie
Eén fotocel, zelfs 's middags bij helder weer, produceert heel weinig elektriciteit, alleen voldoende voor de werking van de LED-zaklamp.
Om het uitgangsvermogen te vergroten, worden meerdere zonnecellen parallel gecombineerd om de constante spanning te verhogen en in serie om de stroom te verhogen.
De effectiviteit van zonnepanelen is afhankelijk van:
- luchttemperatuur en de batterij zelf;
- juiste selectie van belastingsweerstand;
- hoek van inval van zonlicht;
- de aanwezigheid / afwezigheid van antireflectiecoating;
- lichtopbrengst.
Hoe lager de temperatuur in de straat, des te efficiënter de fotovoltaïsche cellen en de zonnebatterij als geheel. Alles is hier eenvoudig. Maar met de berekening van de belasting is de situatie gecompliceerder. Het moet worden geselecteerd op basis van de stroom die door het paneel wordt gegenereerd. Maar de waarde verandert afhankelijk van weersfactoren.
Heliopanels worden vervaardigd met de verwachting van een uitgangsspanning die een meervoud is van 12 V - als u 24 V op de accu moet toepassen, moet u twee panelen parallel aansluiten
Constante bewaking van de parameters van de zonnebatterij en handmatig corrigeren van de werkzaamheden is problematisch. Hiervoor is het beter om te gebruiken besturingsregelaarwelke in de automatische modus zelf de instellingen van het heliopaneel aanpast om daaruit de maximale prestatie en optimale bedrijfsmodi te halen.
De ideale invalshoek van de stralen van de zon op de zonnebatterij is recht. Bij een afwijking van 30 graden ten opzichte van de loodlijn daalt de efficiëntie van het paneel echter slechts in het bereik van 5%. Maar met een verdere toename van deze hoek, zal een steeds groter deel van de zonnestraling worden gereflecteerd, waardoor de efficiëntie van de FEP wordt verminderd.
Als de batterij in de zomer maximale energie moet leveren, moet deze worden gericht loodrecht op de gemiddelde positie van de zon, die het in de equinoxen in de lente en de herfst.
Voor de regio Moskou is het ongeveer 40-45 graden naar de horizon. Als het maximum in de winter nodig is, moet het paneel rechtop worden geplaatst.
En nog iets: stof en vuil verminderen de prestaties van fotocellen aanzienlijk. Fotonen door zo'n "vuile" barrière bereiken ze gewoon niet, en daarom is er niets dat in elektriciteit kan worden omgezet. De panelen moeten regelmatig worden gewassen of zo worden geplaatst dat het stof op zichzelf wordt afgewassen door regen.
Sommige zonnecellen hebben ingebouwde lenzen voor het concentreren van straling op zonnecellen. Bij helder weer leidt dit tot verhoogde efficiëntie. Bij zware bewolking brengen deze lenzen echter alleen schade toe.
Als het gebruikelijke paneel in een dergelijke situatie stroom blijft produceren, hoewel in kleinere volumes, dan zal het lensmodel bijna volledig stoppen.
De zonnebatterij met fotocellen moet idealiter gelijkmatig worden verlicht. Als een van de secties donker blijkt te zijn, verandert onverlichte FEP in een parasitaire belasting. Ze genereren niet alleen energie in een dergelijke situatie, maar nemen het ook weg van werkende elementen.
Panelen moeten zo worden geïnstalleerd dat er geen bomen, gebouwen en andere barrières op het pad van de zonnestralen zijn.
Het machtsschema van het huis tegen de zon
Het zonne-energiesysteem omvat:
- Geliopaneli.
- Controller.
- batterijen.
- Omvormer (transformator).
De controller in dit schema beschermt zowel zonnebatterijen als batterijen. Aan de ene kant voorkomt het de stroom van tegenstroom in de nacht en bij bewolkt weer, en aan de andere kant beschermt het de batterijen tegen overmatige lading / ontlading.
Batterijen voor heliopanels moeten qua leeftijd en capaciteit gelijk worden gekozen, anders zal het laden / ontladen ongelijk plaatsvinden, wat zal leiden tot een sterke afname van hun levensduur
Voor de transformatie van gelijkstroom naar 12, 24 of 48 volt in een wisselende 220 volt nodig inverter. Autobatterijen mogen niet in een dergelijke regeling worden gebruikt omdat ze niet in staat zijn om frequente oplaadbeurten te weerstaan. Het is het beste om speciale helium AGM of fill-in OPzS-batterijen te kopen en te kopen.
Conclusies en nuttige video over het onderwerp
Werkingsprincipes en zonnecircuit diagrammen niet te ingewikkeld om te begrijpen. En met het videomateriaal dat we hieronder hebben verzameld, zal het nog eenvoudiger zijn om alle fijne kneepjes van de werking en installatie van heliopanels te begrijpen.
Toegankelijk en begrijpelijk hoe een fotovoltaïsch zonnepaneel werkt, volledig gedetailleerd:
Hoe zijn zonnepanelen gerangschikt in de volgende video:
Doe-het-zelf zonnepaneel montage:
Elk item in zonne-energiesysteem Het huisje moet correct worden vergeleken. Onvermijdelijke vermogensverliezen doen zich voor op batterijen, transformatoren en de controller. En ze moeten zeker tot een minimum worden beperkt, anders zal de vrij lage efficiëntie van de heliopanels helemaal tot nul worden herleid.
Tijdens de studie van de materiële vragen? Of weet u waardevolle informatie over het onderwerp van het artikel en kunt u dit aan onze lezers communiceren? Laat uw opmerkingen achter in het vak hieronder.
