La conversion efficace des rayons libres du soleil en énergie, qui peut être utilisée pour alimenter des logements et d’autres objets, est le rêve chéri de nombreux apologistes de l’énergie verte.
Mais le principe de fonctionnement de la batterie solaire et son efficacité sont tels qu’il n’est pas encore possible de parler du rendement élevé de tels systèmes. Ce serait bien d'avoir votre propre source d'électricité supplémentaire. N'est-ce pas? De plus, même aujourd'hui, en Russie, grâce à des panneaux solaires, de nombreux ménages ont été alimentés avec succès en électricité «gratuite». Vous ne savez toujours pas par où commencer?
Ci-dessous, nous vous parlerons de l'appareil et des principes de fonctionnement du panneau solaire, vous apprendrez ce qui détermine l'efficacité du système solaire. Les clips vidéo publiés dans l'article vous aideront à assembler personnellement un panneau solaire de cellules photovoltaïques.
Contenu de l'article:
- Panneaux solaires: terminologie
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La structure interne de la batterie solaire
- Types de cristaux de cellules photoélectriques
- Le principe du panneau solaire
- Efficacité de la batterie solaire
- Le schéma d'alimentation de la maison du soleil
- Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Panneaux solaires: terminologie
Dans le sujet de "l'énergie solaire" beaucoup de nuances et de confusion. Souvent, il peut être difficile pour les nouveaux arrivants de comprendre tous les termes inconnus au début. Mais sans cela, il ne serait pas sage de s’engager dans l’énergie solaire pour acquérir des équipements permettant de générer du courant solaire.
Sans le savoir, vous pouvez non seulement choisir un panneau inapproprié, mais aussi le graver simplement lorsqu'il est connecté ou en extraire trop peu d'énergie.
L'impact maximum du panneau solaire ne peut être obtenu qu'en connaissant son fonctionnement, ses composants et ses composants, et en expliquant comment tout se connecte correctement.
Tout d'abord, vous devez comprendre les types d'équipements existants pour l'énergie solaire. Les panneaux solaires et les capteurs solaires sont deux appareils fondamentalement différents. Les deux convertissent l'énergie des rayons du soleil.
Cependant, dans le premier cas, le consommateur reçoit à la sortie de l’énergie électrique et, dans le second, de l’énergie thermique sous la forme d’un liquide de refroidissement chauffé, c’est-à-dire les panneaux solaires sont utilisés pour chauffage domestique.
La deuxième nuance est le concept du terme «batterie solaire» lui-même. Habituellement, le mot «batterie» signifie un appareil qui accumule de l'électricité. Ou un radiateur de chauffage banal vient à l'esprit. Cependant, dans le cas des héliocharges, la situation est radicalement différente. Ils n'accumulent rien en eux-mêmes.
Le panneau solaire génère un courant constant. Pour le convertir en une variable (utilisée dans la vie quotidienne), un onduleur doit être présent dans le circuit.
Les panneaux solaires sont conçus exclusivement pour générer du courant électrique. À son tour, il s'accumule pour alimenter la maison en électricité la nuit, lorsque le soleil se couche au-delà de l'horizon, déjà présent dans les batteries présentes dans le système d'alimentation supplémentaire de l'objet.
La batterie s’entend ici dans le contexte d’un certain ensemble de composants similaires qui sont assemblés en un tout. En fait, il ne s'agit que d'un panneau de plusieurs photocellules identiques.
La structure interne de la batterie solaire
Progressivement, les cellules solaires deviennent moins chères et plus efficaces. Désormais, ils sont utilisés pour recharger les batteries des réverbères, des smartphones, des voitures électriques, des résidences privées et des satellites dans l’espace. Ils ont même commencé à construire des centrales solaires de haute qualité produisant de gros volumes de production.
Heliobattery consiste en un ensemble de cellules photovoltaïques (convertisseurs photoélectriques FEP) qui convertissent l’énergie des photons du soleil en électricité.
Chaque batterie solaire est agencée comme un bloc du nième nombre de modules combinant des cellules photovoltaïques à semi-conducteurs connectées de manière séquentielle. Pour comprendre les principes de fonctionnement d'une telle batterie, il est nécessaire de comprendre le travail de cette unité d'extrémité dans le dispositif héliopanel, créé à partir de semi-conducteurs.
Types de cristaux de cellules photoélectriques
Options FEP de différents éléments chimiques, il y a une quantité énorme. Cependant, la plupart d’entre eux sont des développements au stade initial. À l'heure actuelle, seuls les panneaux photovoltaïques à base de silicium sont fabriqués commercialement.
Les semi-conducteurs de silicium sont utilisés dans la fabrication de cellules solaires en raison de leur faible coût, ils ne peuvent se vanter d'un rendement particulièrement élevé
Une cellule photoélectrique ordinaire dans un héliopanel est une plaque mince de deux couches de silicium, chacune ayant ses propres propriétés physiques. Il s'agit d'une jonction p-n à semi-conducteur classique avec des paires électron-trou.
Lorsque les photons frappent le FEP entre ces couches du semi-conducteur, en raison de l'hétérogénéité du cristal, une vanne photo-EMF est formée, ce qui entraîne une différence de potentiel et un courant d'électrons.
Les plaques de silicium des cellules photoélectriques se différencient par leur technologie de fabrication pour:
- Monocristallin.
- Polycristallin.
Les premiers ont un rendement plus élevé, mais le coût de leur production est plus élevé que le second. Extérieurement, une option sur une autre sur le panneau solaire peut être distinguée par la forme.
Le FEP monocristallin a une structure homogène, ils se présentent sous la forme de carrés aux coins coupés. En revanche, les éléments polycristallins ont une forme strictement carrée.
Les polycristaux sont obtenus à la suite du refroidissement progressif du silicium fondu. Cette méthode est extrêmement simple, ces cellules photovoltaïques sont donc peu coûteuses.
Mais leur performance en termes de production d’électricité à partir des rayons du soleil dépasse rarement 15%. Cela est dû à «l'impureté» des tranches de silicium obtenues et à leur structure interne. Ici, plus la couche p de silicium est pure, plus l'efficacité du FEP est élevée.
La pureté des monocristaux à cet égard est beaucoup plus élevée que celle des analogues polycristallins. Ils ne sont pas fabriqués à partir de cristal de silicium entier artificiel, mais fondus. Le coefficient de conversion photoélectrique d'un tel FEP atteint déjà 20-22%.
Dans un module commun, les cellules photoélectriques individuelles sont assemblées sur un cadre en aluminium et, pour les protéger du ciel, elles sont recouvertes d’un verre résistant, qui ne gêne pas les rayons du soleil.
La couche supérieure de la plaque photoélectrique tournée vers le soleil est constituée du même silicium, mais avec l’ajout de phosphore. C’est ce dernier qui sera la source d’électrons en excès dans le système à jonction pn.
Le principe du panneau solaire
Lorsque des rayons solaires tombent sur la cellule photoélectrique, des paires électron-trou hors d’équilibre y sont générées. Les électrons et les «trous» en excès sont partiellement transférés à travers la jonction p-n d’une couche semi-conductrice à une autre.
En conséquence, une tension apparaît dans le circuit externe. Dans ce cas, le pôle positif de la source de courant est formé au contact de la couche p, et négatif au niveau de la couche n.
La différence de potentiel (tension) entre les contacts de la cellule photoélectrique se produit en raison de changements dans le nombre de "trous" et d'électrons de différents côtés de la jonction pn résultant de l'irradiation de la couche n par les rayons du soleil.
Les cellules photoélectriques connectées à une charge externe sous forme de batterie forment avec elle un cercle vicieux. En conséquence, le panneau solaire fonctionne comme une sorte de roue, le long de laquelle les protéines lient les électrons. Et la batterie dans le même temps prend progressivement de la charge.
Les convertisseurs photoélectriques au silicium standard sont des éléments à une seule jonction. Les électrons ne les traversent que par une seule jonction p - n avec une zone de photons à énergie limitée de cette transition.
Autrement dit, chacune de ces cellules photoélectriques ne peut générer de l'électricité qu'à partir d'un spectre étroit de rayonnement solaire. Toute autre énergie est gaspillée. C'est pourquoi l'efficacité du FEP est si faible.
Afin d'accroître l'efficacité des cellules solaires, des cellules à semi-conducteurs en silicium ont récemment été conçues pour les transformer en cascade. Dans la nouvelle FEP, les transitions sont déjà plusieurs. Et chacun d'entre eux dans cette cascade est conçu pour son propre spectre de lumière solaire.
Il en résulte que l'efficacité totale de la conversion des photons en courant électrique pour de telles cellules solaires augmente. Mais leur prix est beaucoup plus élevé. Ici, soit la facilité de fabrication à faible coût et faible efficacité, soit des rendements plus élevés associés à un coût élevé.
La batterie solaire peut fonctionner en été et en hiver (elle a besoin de lumière, pas de chaleur) - moins il y a de nuages et plus le soleil brille, plus l'héliopanel génère du courant électrique.
Pendant le fonctionnement, la cellule photoélectrique et la batterie entière s'échauffent progressivement. Toute l'énergie qui n'était pas générée par la génération de courant électrique est transformée en chaleur. Souvent, la température à la surface de l'héliopanel s'élève à 50–55 ° C. Mais plus elle est élevée, moins la cellule photovoltaïque fonctionne efficacement.
De ce fait, le même modèle de batterie solaire génère moins de courant dans le chauffage qu’en gel. Spectacle photovoltaïque à efficacité maximale par une journée d'hiver dégagée. Il y a deux facteurs: beaucoup de soleil et un refroidissement naturel.
De plus, si la neige tombe sur le panneau, celui-ci continuera de générer de l’électricité. De plus, les flocons de neige n'auront même pas le temps de s'y allonger, fondant sous l'effet de la chaleur des cellules photoélectriques chauffées.
Efficacité de la batterie solaire
Une photocellule, même à midi par temps clair, produit très peu d'électricité, mais suffit au fonctionnement de la lampe de poche à LED.
Pour augmenter la puissance de sortie, plusieurs cellules solaires sont combinées en parallèle pour augmenter la tension constante et en série pour augmenter le courant.
L'efficacité des panneaux solaires dépend de:
- la température de l'air et la batterie elle-même;
- sélection correcte de la résistance de charge;
- angle d'incidence de la lumière du soleil;
- la présence / absence de revêtement anti-réfléchissant;
- flux lumineux.
Plus la température dans la rue est basse, plus les cellules photovoltaïques et la batterie solaire sont efficaces. Tout est simple ici. Mais avec le calcul de la charge, la situation est plus compliquée. Il doit être sélectionné sur la base du courant généré par le panneau. Mais sa valeur change en fonction des facteurs météorologiques.
Les Heliopanels sont fabriqués dans l’attente d’une tension de sortie multiple de 12 V - si vous devez appliquer une tension de 24 V à la batterie, vous devrez y connecter deux panneaux en parallèle.
Surveiller constamment les paramètres de la batterie solaire et corriger manuellement son travail est problématique. Pour cela, il vaut mieux utiliser contrôleur de contrôlequi, dans le mode automatique, ajuste lui-même les paramètres de l'héliopanel afin d'obtenir les performances maximales et les modes de fonctionnement optimaux.
L'angle d'incidence idéal des rayons du soleil sur la batterie solaire est rectiligne. Cependant, avec un écart de 30 degrés par rapport à la perpendiculaire, l'efficacité du panneau ne chute que de 5% environ. Mais avec une nouvelle augmentation de cet angle, une proportion croissante du rayonnement solaire sera reflétée, ce qui réduira l'efficacité du FEP.
Si la batterie doit fournir le maximum d’énergie en été, elle doit être orientée perpendiculaire à la position moyenne du soleil qu’il occupe dans les équinoxes au printemps et automne
Pour la région de Moscou, il se situe entre 40 et 45 degrés à l’horizon. Si le maximum est nécessaire en hiver, le panneau doit être placé plus verticalement.
Et encore une chose - la poussière et la saleté réduisent considérablement les performances des cellules photoélectriques. Les photons traversant une telle barrière "sale" ne les atteignent tout simplement pas et il n'y a donc rien à convertir en électricité. Les panneaux doivent être régulièrement lavés ou fixés de manière à ce que la poussière soit éliminée par la pluie.
Certaines cellules solaires ont des lentilles intégrées pour concentrer le rayonnement sur les cellules solaires. Par temps clair, cela conduit à une efficacité accrue. Cependant, dans les gros nuages, ces lentilles ne font que nuire.
Si le panneau habituel dans une telle situation continue à générer du courant, bien que dans des volumes plus petits, le modèle à objectif cessera de fonctionner presque complètement.
La pile solaire des cellules photoélectriques devrait idéalement éclairer de manière uniforme. Si l’une de ses sections s’obscurcit, le FEP non éclairé se transforme en charge parasite. Non seulement ils ne génèrent pas d'énergie dans une telle situation, mais ils la retirent également des éléments actifs.
Les panneaux doivent être installés de manière à ce qu’il n’y ait pas d’arbres, de bâtiments ou d’autres barrières sur le trajet des rayons du soleil.
Le schéma d'alimentation de la maison du soleil
Le système d'énergie solaire comprend:
- Heliopanels.
- Contrôleur.
- Les piles.
- Onduleur (transformateur).
Le contrôleur dans ce schéma protège à la fois les batteries solaires et les batteries. D'une part, il empêche la circulation des courants inversés la nuit et par temps nuageux, et d'autre part, il protège les batteries des charges / décharges excessives.
Les batteries pour héliopanel devraient être choisies pour leur âge et leur capacité, sinon la charge / décharge se produirait de manière inégale, ce qui entraînerait une nette diminution de leur durée de vie.
Pour la transformation du courant continu en 12, 24 ou 48 volts en un courant alternatif de 220 volts inverseur. Les batteries de voiture ne devraient pas être utilisées dans un tel système en raison de leur incapacité à supporter des recharges fréquentes. Il est préférable d’investir et d’acheter des piles AGM spéciales pour hélium ou des piles OPzS de remplissage.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Principes de fonctionnement et schémas de circuit solaire pas trop compliqué à comprendre. Et avec les vidéos que nous avons rassemblées ci-dessous, il sera encore plus facile de comprendre toutes les subtilités du fonctionnement et de l'installation des héliopanels.
Comment fonctionne un panneau solaire photovoltaïque, accessible et compréhensible, avec tous les détails:
Comment sont organisés les panneaux solaires dans la vidéo suivante:
Assemblage de panneaux solaires à faire soi-même:
Chaque article dans système d'énergie solaire Le chalet doit être assorti correctement. Des pertes de courant inévitables se produisent sur les batteries, les transformateurs et le contrôleur. Et ils devraient absolument être réduits au minimum, sinon le rendement plutôt faible des héliopanels sera réduit à zéro.
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