Saules baterijas princips: kā panelis ir sakārtots

Efektīva brīvo saules staru pārvēršana enerģijā, ko var izmantot, lai piegādātu mājokli un citus objektus, ir daudzu zaļo enerģiju apologu sapnis.

Taču saules baterijas darbības princips un tā efektivitāte ir tādi, ka vēl nav iespējams runāt par šādu sistēmu augstu efektivitāti. Būtu jauki iegūt savu papildu elektroenerģijas avotu. Vai ne? Turklāt, pat šodien, Krievijā ar saules bateriju paneļu palīdzību, daudzas privātās mājsaimniecības ir veiksmīgi apgādātas ar „bez maksas” elektroenerģiju. Jūs joprojām nezināt, kur sākt?

Zemāk mēs jums pastāstīsim par saules paneļa darbību un darbības principiem, jūs uzzināsiet, kas nosaka Saules sistēmas efektivitāti. Rakstā ievietotie videoklipi palīdzēs jums personīgi apkopot saules bateriju elementus.

Saules paneļi: terminoloģija

Saistībā ar "saules enerģiju" daudz nianses un neskaidrības. Bieži jaunpienācēji, kas vispirms saprot visus nepazīstamos vārdus, var būt grūti. Bet bez tā nebūtu saprātīgi iesaistīties saules enerģijā, iegūstot aprīkojumu saules enerģijas ģenerēšanai.

Nezinādams, ka jūs varat ne tikai izvēlēties nepiemērotu paneli, bet arī vienkārši ierakstīt to, kad tā ir pieslēgta vai izņem pārāk maz enerģijas.

Pirmkārt, jums ir jāsaprot esošie saules enerģijas aprīkojuma veidi. Saules paneļi un saules kolektori ir divas pilnīgi atšķirīgas ierīces. Abas no tām pārvērš saules staru enerģiju.

Tomēr pirmajā gadījumā patērētājam pie izejas saņem elektroenerģiju un, otrkārt, siltumenerģiju apsildāmā dzesētāja veidā, t.i. saules paneļi ir pieraduši mājas apkure.

Otrā nianse ir jēdziens “saules baterija”. Parasti vārds “akumulators” ir ierīce, kas uzkrājas elektrība. Vai atceras arī banāls apkures radiators. Tomēr helio bateriju gadījumā situācija ir pilnīgi atšķirīga. Viņi paši sev neko neko.

Saules paneļi ir paredzēti tikai elektriskās strāvas ģenerēšanai. Tas savukārt uzkrājas, lai sniegtu māju ar elektroenerģiju naktī, kad saule nokrīt virs horizonta, kas jau atrodas objekta papildu energoapgādes sistēmā.

Akumulators šeit ir domāts konkrētu līdzīgu komponentu kopumam, kas tiek samontēti kaut ko kopumā. Faktiski, tas ir tikai vairāku identisku fotoelementu panelis.

Saules baterijas iekšējā struktūra

Pakāpeniski saules baterijas kļūst lētākas un efektīvākas. Tagad tās tiek izmantotas, lai uzlādētu baterijas ielu lampās, viedtālruņos, elektriskajās automašīnās, privātmājās un satelītos kosmosā. Viņi pat sāka būvēt augstas kvalitātes saules spēkstacijas (SES) ar lielu ražošanas apjomu.

Katrs saules akumulators ir izvietots kā bloka n-to skaits moduļiem, kas apvieno secīgi savienotus pusvadītāju fotoelementus. Lai saprastu šāda akumulatora darbības principus, ir nepieciešams saprast šī gala bloka darbu ierīcē heliopanel, kas izveidots uz pusvadītāju pamata.

Fotoelementu kristālu veidi

Iespējas FEP no dažādiem ķīmiskiem elementiem, ir milzīgs daudzums. Tomēr lielākā daļa no tiem ir notikumi sākotnējos posmos. Pašlaik komerciāli tiek ražoti tikai fotoelementu paneļi uz silīcija bāzes.

Parastā fotoceli heliopanelā ir plānas plāksnes no diviem silīcija slāņiem, no kuriem katrai ir savas fizikālās īpašības. Tas ir klasisks pusvadītāju p-n savienojums ar elektronu caurumu pāriem.

Kad fotoni skāra FEP starp šiem pusvadītāja slāņiem, kristāla neviendabīguma dēļ veidojas foto EMF vārsts, kā rezultātā rodas potenciāla atšķirība un elektronu strāva.

Fotoelementu silīcija plāksnes atšķiras ražošanas tehnoloģijā:

1. Monokristālisks.
2. Polikristālisks.

Pirmajam ir lielāka efektivitāte, bet to ražošanas izmaksas ir augstākas par otro. No ārpuses, viena iespēja no citas uz saules paneļa var izšķirt pēc formas.

Vienkristālu FEP struktūra ir viendabīga, tās ir izgatavotas kvadrātu veidā ar grieztiem stūriem. Turpretī polikristāliskajiem elementiem ir stingri kvadrātveida forma.

Polikristāli tiek iegūti, izkausējot silto silīciju pakāpeniski. Šī metode ir ļoti vienkārša, tāpēc šīs fotoelementu baterijas ir lētas.

Bet to sniegums elektroenerģijas ražošanā no saules stariem reti pārsniedz 15%. Tas ir saistīts ar iegūto silīcija plātņu “piemaisījumu” un to iekšējo struktūru. Šeit, jo tīrāks ir silīcija p-slānis, jo lielāks ir FEP efektivitāte.

Atsevišķu kristālu tīrība šajā ziņā ir daudz augstāka nekā polikristālisko analogu tīrība. Tie ir izgatavoti nevis no kausēta, bet gan no mākslīgi audzēta silīcija kristāla. Šāda FEP fotoelektriskais konversijas koeficients jau sasniedz 20-22%.

Fotoelementu plāksnes augšējais slānis, kas vērsts pret sauli, ir izgatavots no tā paša silīcija, bet pievienojot fosforu. Tas ir pēdējais, kas būs pārmērīgu elektronu avots pn-savienojuma sistēmā.

Saules paneļa princips

Kad saules starus nokrīt uz fotoelementa, tajā tiek radīti nestabili elektronu caurumu pāri. Pārmērīgie elektroni un “caurumi” daļēji tiek pārnesti caur p-n savienojumu no viena pusvadītāju slāņa uz citu.

Rezultātā ārējā ķēdē parādās spriegums. Šādā gadījumā strāvas avota pozitīvais pols tiek veidots pie p-slāņa saskares un n-slānī negatīvs.

Fotokameras, kas savienotas ar ārējo slodzi akumulatora veidā, veido apburto loku ar to. Rezultātā saules panelis darbojas kā sava veida ritenis, pa kuru olbaltumvielas kopīgi darbojas elektronos. Un akumulators vienlaicīgi pakāpeniski kļūst maksas.

Standarta silīcija fotoelektriskie pārveidotāji ir elementi bez savienojuma. Elektronus caur tiem šķērso tikai viena p-n krustošanās līnija ar šīs pārejas enerģijas ierobežoto fotonu zonu.

Tas nozīmē, ka katrs šāds fotoelements spēj saražot elektroenerģiju tikai no šaura saules starojuma spektra. Visa cita enerģija tiek izšķiesta. Tāpēc FEP efektivitāte ir tik zema.

Lai palielinātu saules bateriju efektivitāti, pēdējos gados silīcija pusvadītāju šūnas tām ir veiktas vairāku pāreju (kaskadētu). Jaunajos FEP pārejos jau ir vairāki. Un katrs no tiem šajā kaskādē ir paredzēts savam saules staru spektram.

Līdz ar to palielinās fotonu pārveidošanas elektriskās strāvas efektivitāte šādām saules baterijām. Bet to cena ir daudz lielāka. Šeit vai nu izgatavošanas vieglums ar zemām izmaksām un zemu efektivitāti, vai augstāka atdeve kopā ar augstām izmaksām.

Darbības laikā fotokamera un viss akumulators pakāpeniski uzsilst. Visa enerģija, kas nebija elektrības strāvas ģenerēšana, tiek pārveidota siltumā. Bieži heliopanela virsmas temperatūra paaugstinās līdz 50–55 ° C. Bet jo lielāks tas ir, jo mazāk efektīvi darbojas fotogalvaniskais elements.

Rezultātā tas pats saules baterijas modelis siltumā rada mazāk strāvas nekā sala. Maksimālā efektivitāte fotogalvaniskajā izstādē skaidrā ziemas dienā. Ir divi faktori - daudz saules un dabiskās dzesēšanas.

Turklāt, ja sniega nokrīt uz paneļa, tā turpinās ražot elektrību. Turklāt sniegpārsliņās pat nav laika, lai gulētu uz tās, izkusot no apsildāmo fotoelementu siltuma.

Saules bateriju efektivitāte

Viens fotoelements, pat pusdienlaikā skaidrā laikā, ražo ļoti maz elektroenerģijas, tikai pietiek ar LED lukturītim.

Lai palielinātu izejas jaudu, vairākas saules baterijas tiek apvienotas paralēli, lai palielinātu konstantu spriegumu un sērijā, lai palielinātu strāvu.

Saules paneļu efektivitāte ir atkarīga no:

• gaisa temperatūra un akumulators;
• pareiza slodzes pretestības izvēle;
• saules gaismas biežuma leņķis;
• pretatstarojoša pārklājuma esamība / neesamība;
• gaismas jauda.

Jo zemāka temperatūra ielā, jo efektīvākas ir fotoelementi un saules baterija kopumā. Viss ir vienkāršs. Bet ar slodzes aprēķinu situācija ir sarežģītāka. Tas jāizvēlas, pamatojoties uz paneļa radīto strāvu. Bet tā vērtība mainās atkarībā no laika apstākļiem.

Pastāvīgi uzraudzīt saules baterijas parametrus un manuāli koriģēt tā darbu ir problemātiska. Šim nolūkam ir labāk izmantot vadības kontrolieriskas automātiskajā režīmā pielāgo heliopanel iestatījumus, lai sasniegtu maksimālo veiktspēju un optimālus darba režīmus.

Ideāls saules staru starojuma leņķis uz saules baterijas ir taisni. Tomēr, ja novirze ir 30 grādi no perpendikulāra, paneļa efektivitāte samazinās tikai 5% robežās. Taču, palielinoties šādam leņķim, tiks atspoguļota arvien lielāka saules starojuma daļa, tādējādi samazinot FEP efektivitāti.

Ja akumulators ir nepieciešams, lai vasarā nodrošinātu maksimālu enerģiju, tam jābūt orientētam perpendikulāri saules vidējai pozīcijai, ko tas ieņem līdzenumā, pavasarī un rudenī.

Maskavas reģionā tas ir ap 40–45 grādiem no horizonta. Ja ziemā ir nepieciešams maksimums, panelis jānovieto vertikālā stāvoklī.

Vēl viena lieta - putekļi un netīrumi ievērojami samazina fotoelementu darbību. Šādi “netīro” barjeru fotoni vienkārši nesasniedz tos, un tāpēc nekas nav jāpārvērš elektrībā. Paneļi regulāri jānomazgā vai jānovieto tā, lai putekļi tiktu izskaloti ar lietus.

Dažās saules baterijās ir iebūvēti objektīvi starojuma koncentrēšanai uz saules baterijām. Skaidrā laikā tas palielina efektivitāti. Tomēr smagos mākoņos šie lēcas rada tikai kaitējumu.

Ja parastā panelis šādā situācijā turpina radīt strāvu, kaut arī mazākā apjomā, tad objektīva modelis gandrīz pilnībā nedarbosies.

Fotokameru saules baterijai vajadzētu ideāli apgaismot vienmērīgi. Ja viena no tās sekcijām kļūst tumšāka, tad neapgaismota FEP pārvēršas parazitārā slodzē. Viņi ne tikai nerada enerģiju šādā situācijā, bet arī aizņem to no darba elementiem.

Paneļi jāuzstāda tā, lai saules staru ceļā nebūtu koku, ēku un citu barjeru.

Mājas enerģijas shēma no saules

Saules enerģijas sistēmā ietilpst:

1. Heliopanels.
2. Kontrolieris.
3. Baterijas.
4. Invertors (transformators).

Šīs shēmas kontrolieris aizsargā gan saules baterijas, gan baterijas. No vienas puses, tas novērš apgrieztās strāvas plūsmu naktī un mākoņainā laikā, bet, no otras puses, tas pasargā baterijas no pārmērīgas uzlādes / izlādes.

Lai pārveidotu līdzstrāvu līdz 12, 24 vai 48 voltiem, nepieciešams mainīgs 220 volti invertors. Automašīnas baterijas nedrīkst izmantot šādā shēmā, jo tās nespēj izturēt biežas uzlādes. Vislabāk ir ieguldīt un iegādāties īpašus hēlija AGM vai aizpildīt OPzS baterijas.

Secinājumi un noderīgs video par šo tēmu

Darbības principi un. \ T saules shēmas diagrammas nav pārāk sarežģīti saprast. Un ar videomateriāliem, kurus mēs apkopojām tālāk, būs vēl vieglāk izprast visas heliopanels darbības un uzstādīšanas sarežģītības.

Pieejama un saprotama, kā darbojas fotogalvaniskie saules paneļi:

Kā saules paneļi tiek sakārtoti šādā videoklipā:

Saules paneļu bloku montāža:

Katrs vienums saules enerģijas sistēma Vasarnīcai ir jābūt pareizi sakārtotai. Nenovēršami enerģijas zudumi rodas baterijās, transformatoros un kontrolierī. Un tie noteikti būtu jāsamazina līdz minimumam, pretējā gadījumā heliopanelu diezgan zema efektivitāte tiks samazināta līdz nullei.

Materiālo jautājumu izpētes laikā? Vai arī jūs zināt vērtīgu informāciju par raksta tēmu un vai varat to nodot mūsu lasītājiem? Lūdzu, atstājiet savus komentārus zemāk redzamajā lodziņā.