La conversione efficiente dei raggi solari del sole in energia, che può essere utilizzata per fornire abitazioni e altri oggetti, è il sogno caro di molti apologeti per l'energia verde.
Ma il principio di funzionamento della batteria solare e la sua efficienza sono tali che non è ancora possibile parlare dell'elevata efficienza di tali sistemi. Sarebbe bello avere la tua fonte aggiuntiva di energia elettrica. Non è vero? Inoltre, anche oggi, in Russia, con l'aiuto dei pannelli solari, molte famiglie private sono state rifornite con successo di elettricità "gratuita". Non sai ancora da dove iniziare?
Di seguito ti parleremo del dispositivo e dei principi di funzionamento del pannello solare, imparerai cosa determina l'efficienza del sistema solare. I video clip inseriti nell'articolo ti aiuteranno a montare personalmente un pannello solare di celle fotovoltaiche.
Contenuto dell'articolo:
- Pannelli solari: terminologia
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La struttura interna della batteria solare
- Tipi di cristalli di fotocellule
- Il principio del pannello solare
- Efficienza della batteria solare
- Lo schema di potere della casa dal sole
- Conclusioni e video utili sull'argomento
Pannelli solari: terminologia
In tema di "energia solare" un sacco di sfumature e confusione. Spesso, i nuovi arrivati a capire prima tutti i termini non familiari possono essere difficili. Ma senza questo, non sarebbe saggio impegnarsi in energia solare, acquisendo attrezzature per la generazione di corrente solare.
Inconsapevolmente, non puoi solo scegliere un pannello non adatto, ma anche semplicemente bruciarlo quando connesso o estrarre troppa energia da esso.
Il massimo impatto dal pannello solare può essere ottenuto solo conoscendo come funziona, quali componenti e componenti è costituito e come tutto si collega correttamente.
In primo luogo, è necessario comprendere i tipi di apparecchiature esistenti per l'energia solare. Pannelli solari e collettori solari sono due dispositivi fondamentalmente diversi. Entrambi convertono l'energia dei raggi del sole.
Tuttavia, nel primo caso, in uscita, il consumatore riceve energia elettrica, e nel secondo, l'energia termica sotto forma di un refrigerante riscaldato, vale a dire. i pannelli solari sono abituati a riscaldamento domestico.
La seconda sfumatura è il concetto del termine "batteria solare" stesso. Di solito, la parola "batteria" indica un dispositivo che accumula elettricità. O viene in mente un banale radiatore per il riscaldamento. Tuttavia, nel caso delle batterie per elicotteri, la situazione è radicalmente diversa. Non accumulano nulla in se stessi.
Il pannello solare genera una corrente costante. Per convertirlo in una variabile (utilizzata nella vita di tutti i giorni), un inverter deve essere presente nel circuito.
I pannelli solari sono progettati esclusivamente per la generazione di corrente elettrica. A sua volta, si accumula per fornire elettricità alla casa di notte, quando il sole scende oltre l'orizzonte, già nelle batterie presenti nel sistema di alimentazione supplementare dell'oggetto.
La batteria qui è intesa nel contesto di un certo insieme di componenti simili che sono assemblati in qualcosa di intero. In realtà, questo è solo un pannello di diverse fotocellule identiche.
La struttura interna della batteria solare
A poco a poco, le celle solari stanno diventando più economiche e più efficienti. Ora vengono utilizzati per ricaricare le batterie in lampioni, smartphone, auto elettriche, case private e satelliti nello spazio. Hanno anche iniziato a costruire impianti solari di alta qualità (SES) con grandi volumi di generazione.
L'eliobatteria consiste in un insieme di celle fotovoltaiche (convertitori fotoelettrici FEP) che convertono l'energia dei fotoni dal sole in elettricità
Ogni batteria solare è configurata come un blocco dell'ennesimo numero di moduli che combinano celle fotovoltaiche a semiconduttore collegate in sequenza. Per comprendere i principi di funzionamento di tale batteria, è necessario comprendere il lavoro di questa unità di estremità nel dispositivo eliopanel, creato sulla base di semiconduttori.
Tipi di cristalli di fotocellule
Opzioni FEP da diversi elementi chimici, c'è una quantità enorme. Tuttavia, la maggior parte di questi sono sviluppi nelle fasi iniziali. Allo stato attuale, solo i pannelli fotovoltaici a base di silicio vengono prodotti commercialmente.
I semiconduttori al silicio sono utilizzati nella produzione di celle solari a causa del loro basso costo, non possono vantare un'efficienza particolarmente elevata
Una normale fotocellula in un eliopanel è una sottile lastra di due strati di silicio, ognuno dei quali ha le sue proprietà fisiche. Questa è una classica giunzione p-n a semiconduttore con coppie di elettroni.
Quando i fotoni colpiscono la FEP tra questi strati del semiconduttore, a causa dell'eterogeneità del cristallo, si forma una valvola EMF foto, con una differenza di potenziale e una corrente di elettroni.
Le lastre in silicone delle fotocellule si differenziano per la tecnologia di produzione per:
- Monocristallino.
- Policristallino.
I primi hanno una maggiore efficienza, ma il costo della loro produzione è superiore al secondo. Esternamente, un'opzione da un'altra sul pannello solare può essere distinta per forma.
FEP monocristallino ha una struttura omogenea, sono realizzati sotto forma di quadrati con angoli tagliati. Al contrario, gli elementi policristallini hanno una forma rigorosamente quadrata.
I policristalli sono ottenuti come risultato del raffreddamento graduale del silicio fuso. Questo metodo è estremamente semplice, quindi queste celle fotovoltaiche sono economiche.
Ma le loro prestazioni in termini di generazione di elettricità dai raggi solari raramente superano il 15%. Ciò è dovuto alla "impurità" dei wafer di silicio ottenuti e della loro struttura interna. Qui, più puro è lo strato p di silicio, maggiore è l'efficienza della FEP.
La purezza dei singoli cristalli a questo riguardo è molto più alta di quella degli analoghi policristallini. Sono fatti non da fuso, ma da cristalli di silicio intero artificialmente cresciuto. Il coefficiente di conversione fotoelettrica di tale FEP raggiunge già il 20-22%.
In un modulo comune, singole fotocellule sono assemblate su un telaio in alluminio e, per proteggerle dall'alto, sono coperte da un vetro resistente, che non interferisce con i raggi del sole.
Lo strato superiore della piastra della fotocellula rivolta verso il sole è costituito dallo stesso silicio, ma con l'aggiunta di fosforo. È quest'ultimo che sarà la fonte di elettroni in eccesso nel sistema di giunzione pn.
Il principio del pannello solare
Quando i raggi solari cadono sulla fotocellula, in essa vengono generate coppie di elettroni-fori non di equilibrio. Elettroni in eccesso e "buchi" sono parzialmente trasferiti attraverso la giunzione p - n da uno strato di semiconduttore all'altro.
Di conseguenza, la tensione appare nel circuito esterno. In questo caso, il polo positivo della sorgente di corrente viene formato al contatto dello strato p e negativo allo strato n.
La differenza di potenziale (tensione) tra i contatti della fotocellula si verifica a causa di cambiamenti nel numero di "buchi" ed elettroni da diversi lati della giunzione pn come risultato dell'irraggiamento dello strato n dai raggi del sole.
Le fotocellule collegate a un carico esterno sotto forma di batteria formano un circolo vizioso con esso. Di conseguenza, il pannello solare funziona come una specie di ruota, lungo la quale le proteine gestiscono gli elettroni insieme. E la batteria, al tempo stesso, guadagna gradualmente.
I convertitori fotoelettrici in silicio standard sono elementi unijunction. Gli elettroni fluiscono attraverso di loro solo attraverso una singola giunzione p - n con una zona di fotoni a energia limitata di questa transizione.
Cioè, ciascuna di queste fotocellule è in grado di generare elettricità solo da uno spettro ristretto di radiazione solare. Tutta l'altra energia è sprecata. Questo è il motivo per cui l'efficienza della FEP è così bassa.
Al fine di aumentare l'efficienza delle celle solari, le celle a semiconduttore di silicio sono state recentemente realizzate multi-transizione (a cascata) per loro. Nelle nuove transizioni FEP sono già diverse. E ognuno di loro in questa cascata è progettato per il proprio spettro di luce solare.
Di conseguenza, l'efficienza totale della conversione di fotoni in corrente elettrica per tali celle solari aumenta. Ma il loro prezzo è molto più alto. Qui sia la facilità di produzione a basso costo e bassa efficienza, o rendimenti più elevati accoppiati con costi elevati.
La batteria solare può funzionare sia in estate che in inverno (ha bisogno di luce, non di calore): meno torbidezza e più luminoso splende il sole, più l'eliopano genererà corrente elettrica
Durante il funzionamento, la fotocellula e l'intera batteria si riscaldano gradualmente. Tutta l'energia che non è andata alla generazione di corrente elettrica, viene trasformata in calore. Spesso la temperatura sulla superficie dell'eliopanel sale a 50-55 ° C. Ma più è alto, meno efficiente è la cella fotovoltaica.
Di conseguenza, lo stesso modello della batteria solare nel calore genera meno corrente rispetto al gelo. Spettacolo fotovoltaico di massima efficienza in una limpida giornata invernale. Ci sono due fattori: molto sole e raffreddamento naturale.
Inoltre, se la neve cade sul pannello, continuerà comunque a generare elettricità. Inoltre, i fiocchi di neve non avranno nemmeno il tempo di stenderci sopra, sciogliendosi dal calore delle celle fotografiche riscaldate.
Efficienza della batteria solare
Una fotocellula, anche a mezzogiorno con tempo sereno, produce pochissima elettricità, sufficiente per il funzionamento della torcia a LED.
Per aumentare la potenza di uscita, diverse celle solari vengono combinate in parallelo per aumentare la tensione costante e in serie per aumentare la corrente.
L'efficacia dei pannelli solari dipende da:
- temperatura dell'aria e batteria stessa;
- selezione corretta della resistenza di carico;
- angolo di incidenza della luce solare;
- la presenza / assenza di rivestimento antiriflesso;
- emissione luminosa.
Più bassa è la temperatura della strada, più efficienti sono le celle fotovoltaiche e la batteria solare nel suo complesso. Tutto è semplice qui. Ma con il calcolo della situazione di carico è più complicato. Dovrebbe essere selezionato sulla base della corrente generata dal pannello. Ma il suo valore cambia a seconda dei fattori meteorologici.
Gli eliopannelli sono fabbricati con l'aspettativa di una tensione di uscita che è un multiplo di 12 V - se devi applicare 24 V alla batteria, dovrai collegare due pannelli ad esso in parallelo
Monitorare costantemente i parametri della batteria solare e correggere manualmente il suo lavoro è problematico. Per questo è meglio usare controller di controlloche nella stessa modalità automatica regola le impostazioni dell'eliopanel per ottenere le massime prestazioni e le migliori modalità operative da esso.
L'angolo ideale di incidenza dei raggi del sole sulla batteria solare è lineare Tuttavia, con una deviazione di 30 gradi rispetto alla perpendicolare, l'efficienza del pannello diminuisce solo nella regione del 5%. Ma con un ulteriore aumento di questa angolazione, si rifletterà una proporzione crescente di radiazione solare, riducendo così l'efficienza della FEP.
Se la batteria è necessaria per dare la massima energia in estate, dovrebbe essere orientata perpendicolare alla posizione media del sole, che occupa negli equinozi in primavera e autunno.
Per la regione di Mosca è di circa 40-45 gradi all'orizzonte. Se il massimo è necessario in inverno, il pannello dovrebbe essere collocato in una posizione più verticale.
E ancora una cosa: polvere e sporco riducono notevolmente le prestazioni delle fotocellule. I fotoni attraverso una barriera così "sporca" semplicemente non li raggiungono, e quindi non c'è nulla da convertire in elettricità. I pannelli devono essere lavati o sistemati regolarmente in modo che la polvere venga lavata via dalla pioggia da sola.
Alcune celle solari hanno lenti integrate per concentrare la radiazione su celle solari. Con tempo sereno, questo porta ad una maggiore efficienza. Tuttavia, nelle nuvole pesanti, questi obiettivi portano solo danni.
Se il pannello consueto in una tale situazione continua a generare corrente, anche se in volumi più piccoli, il modello di obiettivo smetterà di funzionare quasi completamente.
La batteria solare delle fotocellule dovrebbe idealmente illuminarsi in modo uniforme. Se una delle sue sezioni risulta oscurata, la FEP non illuminata diventa un carico parassita. Non solo non generano energia in una situazione del genere, ma si allontanano anche dagli elementi di lavoro.
I pannelli dovrebbero essere installati in modo che non ci siano alberi, edifici e altre barriere nel percorso dei raggi del sole.
Lo schema di potere della casa dal sole
Il sistema di energia solare comprende:
- Geliopaneli.
- Controller.
- Batterie.
- Inverter (trasformatore).
Il controller in questo schema protegge sia le batterie solari sia le batterie. Da un lato, impedisce il flusso di correnti inverse durante la notte e in condizioni di tempo nuvoloso e, d'altro canto, protegge le batterie da una carica / scarica eccessiva.
Le batterie per eliopannelli dovrebbero essere selezionate per essere uguali per età e capacità, altrimenti la carica / scarica si verificherà in modo non uniforme, il che comporterà una drastica diminuzione della loro durata
Per la trasformazione della corrente continua a 12, 24 o 48 volt in un'alternativa a 220 volt necessaria inverter. Le batterie per auto non devono essere utilizzate in uno schema del genere a causa della loro incapacità di resistere a ricariche frequenti. È meglio investire e acquistare l'elio speciale AGM o le batterie OPzS ricaricabili.
Conclusioni e video utili sull'argomento
Principi di funzionamento e schemi di circuiti solari non troppo complicato da capire E con i materiali video raccolti qui di seguito, sarà ancora più facile comprendere tutte le complessità dell'operazione e dell'installazione di eliopannelli.
Accessibile e comprensibile come funziona un pannello solare fotovoltaico, in tutti i dettagli:
Come sono disposti i pannelli solari nel seguente video:
Assemblaggio di pannelli solari fai-da-te:
Ogni oggetto in sistema di energia solare Il cottage deve essere abbinato correttamente. Perdite di energia inevitabili si verificano su batterie, trasformatori e controller. E dovrebbero essere ridotte al minimo, altrimenti l'efficienza piuttosto bassa degli eliopannelli sarà ridotta a zero del tutto.
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