Zasada działania baterii słonecznej: sposób rozmieszczenia panelu

Skuteczne przekształcanie wolnych promieni słońca w energię, która może być wykorzystana do zasilania mieszkań i innych obiektów, jest cenionym marzeniem wielu apologetów o zieloną energię.

Jednak zasada działania baterii słonecznej i jej wydajność są takie, że nie można jeszcze mówić o wysokiej wydajności takich systemów. Byłoby miło uzyskać własne dodatkowe źródło energii elektrycznej. Czyż nie? Co więcej, nawet dziś w Rosji z pomocą paneli słonecznych wiele prywatnych gospodarstw domowych zostało pomyślnie zaopatrzonych w „darmową” energię elektryczną. Nadal nie wiesz od czego zacząć?

Poniżej opowiem o urządzeniu i zasadach działania panelu słonecznego, dowiesz się, co decyduje o wydajności układu słonecznego. Klipy wideo zamieszczone w artykule pomogą ci osobiście złożyć panel słoneczny z ogniw fotowoltaicznych.

Panele słoneczne: terminologia

W temacie „energia słoneczna” wiele niuansów i zamieszania. Często osoby początkujące, aby zrozumieć wszystkie nieznane im pojęcia, mogą być trudne. Ale bez tego nierozsądne byłoby angażowanie się w energię słoneczną, pozyskiwanie sprzętu do generowania prądu słonecznego.

Nieświadomie możesz nie tylko wybrać nieodpowiedni panel, ale także po prostu go spalić po podłączeniu lub wydobyć z niego zbyt mało energii.

Po pierwsze, musisz zrozumieć istniejące typy urządzeń do energii słonecznej. Panele słoneczne i kolektory słoneczne to dwa zasadniczo różne urządzenia. Oba przekształcają energię promieni słonecznych.

Jednak w pierwszym przypadku, na wyjściu, konsument otrzymuje energię elektryczną, aw drugiej energii cieplnej w postaci podgrzanego chłodziwa, tj. panele słoneczne są przyzwyczajone ogrzewanie domu.

Drugim niuansem jest sama koncepcja terminu „bateria słoneczna”. Zwykle słowo „bateria” oznacza urządzenie, które gromadzi energię elektryczną. Albo przychodzi na myśl banalny grzejnik. Jednak w przypadku baterii helio, sytuacja jest zupełnie inna. Nie gromadzą nic w sobie.

Panele słoneczne są przeznaczone wyłącznie do wytwarzania prądu elektrycznego. Z kolei gromadzi się w celu zaopatrzenia domu w energię elektryczną w nocy, gdy słońce zachodzi za horyzont, już w bateriach obecnych w dodatkowym systemie zasilania obiektu.

Akumulator ma tutaj na myśli pewien zestaw podobnych komponentów, które są połączone w coś całościowego. W rzeczywistości jest to tylko panel kilku identycznych fotokomórek.

Wewnętrzna struktura baterii słonecznej

Stopniowo ogniwa słoneczne stają się tańsze i bardziej wydajne. Teraz są używane do ładowania akumulatorów w lampach ulicznych, smartfonach, samochodach elektrycznych, domach prywatnych i satelitach w kosmosie. Zaczęli nawet budować wysokiej klasy elektrownie słoneczne (SES) o dużych ilościach generacji.

Każda bateria słoneczna jest zorganizowana jako blok n-tej liczby modułów, które łączą kolejno połączone półprzewodnikowe ogniwa fotowoltaiczne. Aby zrozumieć zasady działania takiej baterii, konieczne jest zrozumienie pracy tej jednostki końcowej w urządzeniu heliopanelu, stworzonym na bazie półprzewodników.

Rodzaje kryształów fotokomórek

Opcje FEP z różnych pierwiastków chemicznych, jest ogromna ilość. Jednak większość z nich to zmiany na początkowych etapach. Obecnie tylko komercyjne panele fotowoltaiczne na bazie krzemu.

Zwykła fotokomórka w heliopanelu to cienka płyta z dwóch warstw krzemu, z których każda ma swoje właściwości fizyczne. Jest to klasyczne połączenie półprzewodnikowe p-n z parami elektron-dziura.

Gdy fotony uderzają w FEP między tymi warstwami półprzewodnika, ze względu na niejednorodność kryształu, powstaje zawór foto-EMF, co powoduje różnicę potencjałów i prąd elektronów.

Płyty silikonowe fotokomórek różnią się technologią produkcji dla:

1. Monokrystaliczny.
2. Polikrystaliczny.

Pierwsze mają wyższą wydajność, ale koszt ich produkcji jest wyższy niż drugi. Zewnętrznie można wybrać jedną opcję z drugiej na panelu słonecznym.

Jednokrystaliczny FEP ma jednorodną strukturę, wykonane są w formie kwadratów z wyciętymi narożnikami. Natomiast elementy polikrystaliczne mają kształt ściśle kwadratowy.

Polikryształy otrzymuje się w wyniku stopniowego chłodzenia stopionego krzemu. Ta metoda jest niezwykle prosta, więc te ogniwa fotowoltaiczne są tanie.

Ale ich wydajność w zakresie generowania elektryczności z promieni słonecznych rzadko przekracza 15%. Wynika to z „zanieczyszczenia” uzyskanych płytek krzemowych i ich wewnętrznej struktury. Tutaj, im czystsza jest warstwa p krzemu, tym wyższa jest wydajność FEP.

Czystość pojedynczych kryształów pod tym względem jest znacznie większa niż czystość analogów polikrystalicznych. Są wykonane nie ze stopionego, ale ze sztucznie wyhodowanego całego kryształu krzemu. Współczynnik konwersji fotoelektrycznej takiego FEP osiąga już 20-22%.

Górna warstwa płyty fotokomórki skierowana ku słońcu jest wykonana z tego samego krzemu, ale z dodatkiem fosforu. To ten ostatni będzie źródłem nadmiaru elektronów w systemie połączeń pn.

Zasada działania panelu słonecznego

Gdy promienie słoneczne padają na fotokomórkę, generowane są w niej nierównomierne pary elektron-dziura. Nadmiar elektronów i „dziur” jest częściowo przenoszony przez złącze p-n z jednej warstwy półprzewodnikowej do drugiej.

W rezultacie napięcie pojawia się w obwodzie zewnętrznym. W tym przypadku dodatni biegun źródła prądu powstaje na styku warstwy p, a ujemny na warstwie n.

Fotokomórki połączone z zewnętrznym obciążeniem w postaci baterii tworzą z nim błędne koło. W efekcie panel słoneczny działa jak rodzaj koła, wzdłuż którego białka łączą elektrony. A akumulator stopniowo nabiera ładunku.

Standardowe krzemowe konwertery fotoelektryczne to elementy jednozłączowe. Elektrony przepływają przez nie tylko przez pojedyncze połączenie p-n z ograniczoną energią strefą fotonową tego przejścia.

Oznacza to, że każda taka fotokomórka jest w stanie wytwarzać energię elektryczną tylko z wąskiego spektrum promieniowania słonecznego. Cała inna energia jest marnowana. Dlatego wydajność FEP jest tak niska.

W celu zwiększenia wydajności ogniw słonecznych, ogniwa półprzewodnikowe krzemowe zostały ostatnio dla nich wielo-przejściowe (kaskadowe). W nowych przejściach FEP jest już kilka. I każda z nich w tej kaskadzie jest zaprojektowana dla własnego widma światła słonecznego.

W rezultacie całkowita wydajność konwersji fotonów w prąd elektryczny dla takich ogniw słonecznych wzrasta. Ale ich cena jest znacznie wyższa. Tutaj albo łatwość produkcji z niskim kosztem i niską wydajnością, albo wyższe zwroty w połączeniu z wysokimi kosztami.

Podczas pracy fotokomórka i cała bateria stopniowo się nagrzewają. Cała energia, która nie była wytwarzana przez prąd elektryczny, jest przekształcana w ciepło. Często temperatura na powierzchni heliopanelu wzrasta do 50–55 ° C. Ale im wyżej, tym mniej wydajnie działa ogniwo fotowoltaiczne.

W rezultacie ten sam model baterii słonecznej w cieple generuje mniej prądu niż w mrozie. Pokaz fotowoltaiczny o maksymalnej wydajności w jasny zimowy dzień. Istnieją dwa czynniki - dużo słońca i naturalne chłodzenie.

Ponadto, jeśli śnieg spadnie na panel, i tak będzie nadal generować energię elektryczną. Ponadto płatki śniegu nie będą miały nawet czasu na leżenie na nim, topiąc się od ciepła ogrzewanych fotokomórek.

Wydajność baterii słonecznych

Jedna fotokomórka, nawet w południe przy bezchmurnej pogodzie, wytwarza bardzo mało energii elektrycznej, wystarczając tylko do działania latarki LED.

Aby zwiększyć moc wyjściową, kilka ogniw słonecznych łączy się równolegle, aby zwiększyć napięcie stałe i szeregowo, aby zwiększyć prąd.

Skuteczność paneli słonecznych zależy od:

• temperatura powietrza i sama bateria;
• prawidłowy dobór rezystancji obciążenia;
• kąt padania światła słonecznego;
• obecność / brak powłoki antyrefleksyjnej;
• moc światła.

Im niższa temperatura na ulicy, tym bardziej wydajne ogniwa fotowoltaiczne i bateria słoneczna jako całość. Wszystko jest tutaj proste. Ale przy obliczaniu obciążenia sytuacja jest bardziej skomplikowana. Powinien być wybrany na podstawie prądu generowanego przez panel. Ale jego wartość zmienia się w zależności od czynników pogodowych.

Ciągłe monitorowanie parametrów baterii słonecznej i ręczne poprawianie jej pracy jest problematyczne. W tym celu lepiej jest użyć kontroler sterowaniaktóry w trybie automatycznym sam dostosowuje ustawienia heliopanelu, aby uzyskać z niego maksymalną wydajność i optymalne tryby pracy.

Idealny kąt padania promieni słonecznych na baterię słoneczną jest prosty. Jednak z odchyleniem o 30 stopni od pionu, wydajność panelu spada tylko w zakresie 5%. Ale wraz z dalszym wzrostem tego kąta, coraz większa część promieniowania słonecznego zostanie odzwierciedlona, ​​zmniejszając w ten sposób wydajność FEP.

Jeśli bateria jest potrzebna do zapewnienia maksymalnej energii w lecie, powinna być zorientowana prostopadle do średniego położenia słońca, które zajmuje w równonocy na wiosnę i jesień.

W rejonie Moskwy jest około 40–45 stopni do horyzontu. Jeśli maksimum jest potrzebne zimą, panel powinien być ustawiony w pozycji bardziej pionowej.

I jeszcze jedno - kurz i brud znacznie zmniejszają wydajność fotokomórek. Fotony przechodzące przez taką „brudną” barierę po prostu do nich nie docierają i dlatego nie ma nic, co można by przekształcić w elektryczność. Panele należy regularnie myć lub układać tak, aby sam pył zmywał się przez deszcz.

Niektóre ogniwa słoneczne mają wbudowane soczewki do koncentracji promieniowania na ogniwach słonecznych. Przy dobrej pogodzie prowadzi to do zwiększenia wydajności. Jednak w ciężkich chmurach soczewki te przynoszą tylko szkody.

Jeśli zwykły panel w takiej sytuacji nadal generuje prąd, chociaż w mniejszych objętościach, model obiektywu przestanie działać prawie całkowicie.

Bateria słoneczna fotokomórek powinna idealnie świecić równomiernie. Jeśli jeden z jego odcinków okaże się zaciemniony, to nie zapalony FEP zamieni się w pasożytnicze obciążenie. Nie tylko nie generują energii w takiej sytuacji, ale także odbierają jej elementy robocze.

Panele należy instalować tak, aby na drodze promieni słonecznych nie było drzew, budynków i innych barier.

Schemat zasilania domu od słońca

System energii słonecznej obejmuje:

1. Heliopanele.
2. Kontroler.
3. Baterie.
4. Falownik (transformator).

Sterownik w tym schemacie chroni zarówno baterie słoneczne, jak i baterie. Z jednej strony zapobiega przepływowi prądów zwrotnych w nocy i przy pochmurnej pogodzie, az drugiej chroni baterie przed nadmiernym ładowaniem / rozładowaniem.

Do transformacji prądu stałego na 12, 24 lub 48 woltów na przemienny 220 V potrzebny falownik. Akumulatory samochodowe nie powinny być używane w takim systemie ze względu na ich niezdolność do wytrzymywania częstych ładowań. Najlepiej inwestować i kupować specjalne akumulatory helowe AGM lub uzupełniające akumulatory OPzS.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Zasady działania i schematy obwodów słonecznych niezbyt skomplikowane do zrozumienia. Dzięki zebranym poniżej materiałom wideo łatwiej będzie zrozumieć wszystkie zawiłości działania i instalacji heliopaneli.

Dostępne i zrozumiałe, jak działa fotowoltaiczny panel słoneczny, w pełni szczegółowo:

W jaki sposób panele słoneczne są ułożone w następującym filmie:

Zestaw paneli słonecznych do samodzielnego montażu:

Każdy przedmiot w system energii słonecznej Domek musi być prawidłowo dopasowany. Nieuniknione straty mocy występują na akumulatorach, transformatorach i kontrolerze. I zdecydowanie powinny zostać zredukowane do minimum, w przeciwnym razie raczej niska wydajność heliopaneli zostanie całkowicie zredukowana do zera.

Podczas badania pytań materialnych? Czy znasz cenne informacje na temat artykułu i czy możesz przekazać je naszym czytelnikom? Proszę zostawić swoje komentarze w polu poniżej.