O princípio da bateria solar: como o painel é organizado

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Conversão eficiente de raios livres do sol em energia, que pode ser usada para fornecer habitação e outros objetos, é o sonho de muitos apologistas da energia verde.

Mas o princípio de funcionamento da bateria solar, e sua eficiência são tais que ainda não é possível falar sobre a alta eficiência de tais sistemas. Seria bom ter sua própria fonte adicional de eletricidade. Não é? Além disso, ainda hoje, na Rússia, com a ajuda de painéis solares, muitos lares privados foram abastecidos com sucesso com eletricidade “gratuita”. Você ainda não sabe por onde começar?

Abaixo, vamos falar sobre o dispositivo e os princípios de funcionamento do painel solar, você vai aprender o que determina a eficiência do sistema solar. Videoclipes publicados no artigo o ajudarão a montar pessoalmente um painel solar de células fotovoltaicas.

Conteúdo do artigo:

  • Painéis solares: terminologia
  • A estrutura interna da bateria solar
    • Tipos de cristais de fotocélula
    • O princípio do painel solar
  • Eficiência da bateria solar
  • O esquema de energia da casa do sol
  • Conclusões e vídeos úteis sobre o tema
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Painéis solares: terminologia

No assunto de "energia solar" muitas nuances e confusões. Frequentemente, os recém-chegados a entender todos os termos não familiares no início podem ser difíceis. Mas sem isso, seria imprudente envolver-se em energia solar, adquirindo equipamentos para gerar corrente solar.

Inconscientemente, você pode não apenas escolher um painel inadequado, mas também simplesmente gravá-lo quando conectado ou extrair pouca energia dele.

Célula solar

O impacto máximo do painel solar pode ser obtido apenas sabendo como ele funciona, em quais componentes e componentes ele consiste e como tudo se conecta corretamente.

Primeiro, você precisa entender os tipos existentes de equipamentos para energia solar. Painéis solares e coletores solares são dois dispositivos fundamentalmente diferentes. Ambos convertem a energia dos raios do sol.

No entanto, no primeiro caso, na saída, o consumidor recebe energia elétrica, e no segundo, energia térmica na forma de um refrigerante aquecido, ou seja, painéis solares são usados ​​para aquecimento doméstico.

A segunda nuance é o conceito do termo "bateria solar" em si. Normalmente, a palavra “bateria” significa um dispositivo que acumula eletricidade. Ou um radiador de aquecimento banal vem à mente. No entanto, no caso de helio-baterias, a situação é radicalmente diferente. Eles não acumulam nada em si mesmos.

O princípio de funcionamento da bateria solar

O painel solar gera uma corrente constante. Para convertê-lo em uma variável (usada na vida cotidiana), um inversor deve estar presente no circuito.

Os painéis solares são projetados exclusivamente para geração de corrente elétrica. Ela, por sua vez, se acumula para abastecer a casa com eletricidade à noite, quando o sol se põe para além do horizonte, já nas baterias presentes no sistema de fornecimento de energia adicional do objeto.

A bateria aqui é entendida no contexto de um certo conjunto de componentes similares que são montados em algo inteiro. Na verdade, este é apenas um painel de várias fotocélulas idênticas.

A estrutura interna da bateria solar

Gradualmente, as células solares estão se tornando mais baratas e mais eficientes. Agora eles são usados ​​para recarregar baterias em lâmpadas de rua, smartphones, carros elétricos, casas particulares e satélites no espaço. Eles até começaram a construir usinas de energia solar de alto nível (SES) com grandes volumes de geração.

Célula solar

Heliobattery consiste de um conjunto de células fotovoltaicas (conversores fotoelétricos FEP) que convertem a energia dos fótons do sol em eletricidade

Cada bateria solar é organizada como um bloco do número enésimo de módulos que combinam células fotovoltaicas semicondutoras sequencialmente conectadas. Para entender os princípios da operação de tal bateria, é necessário entender o trabalho desta unidade de fim no dispositivo heliopanel, criado com base em semicondutores.

Tipos de cristais de fotocélula

Opções FEP de diferentes elementos químicos, há uma quantidade enorme. No entanto, a maioria deles são desenvolvimentos nos estágios iniciais. Atualmente, apenas painéis fotovoltaicos à base de silício estão sendo produzidos comercialmente.

Tipos de painéis solares

Semicondutores de silício são usados ​​na fabricação de células solares por causa de seu baixo custo, eles não podem se gabar de eficiência particularmente alta

Uma fotocélula comum em um heliopanel é uma placa fina de duas camadas de silício, cada uma com suas próprias propriedades físicas. Esta é uma junção clássica de semicondutor p-n com pares de elétrons-furos.

Quando os fótons atingem o FEP entre essas camadas do semicondutor, devido à heterogeneidade do cristal, uma válvula foto-EMF é formada, resultando em uma diferença de potencial e uma corrente de elétrons.

Placas de silício de fotocélulas diferem na tecnologia de fabricação para:

  1. Monocristalino.
  2. Policristalino.

Os primeiros têm maior eficiência, mas o custo de produção é maior que o segundo. Externamente, uma opção de outra no painel solar pode ser diferenciada por formulário.

O single-crystal FEP tem uma estrutura homogênea, eles são feitos na forma de quadrados com cantos cortados. Em contraste, os elementos policristalinos têm uma forma estritamente quadrada.

Os policristais são obtidos como resultado do resfriamento gradual do silício fundido. Esse método é extremamente simples, então essas células fotovoltaicas são baratas.

Mas seu desempenho em termos de geração de eletricidade a partir dos raios solares raramente excede 15%. Isto é devido à “impureza” das bolachas de silício obtidas e à sua estrutura interna. Aqui, quanto mais pura a camada de silício, maior a eficiência do FEP.

A pureza dos monocristais a este respeito é muito maior que a dos análogos policristalinos. Eles são feitos não de derretido, mas de cristal de silício inteiro artificialmente crescido. O coeficiente de conversão fotoelétrico de tal FEP já consegue 20-22%.

Dispositivo de painel solar

Em um módulo comum, fotocélulas individuais são montadas em uma moldura de alumínio e, para protegê-las de cima, elas são cobertas com vidro durável, que não interfere com os raios solares.

A camada superior da placa de fotocélula voltada para o sol é feita do mesmo silício, mas com a adição de fósforo. É o último que será a fonte de excesso de elétrons no sistema pn-junção.

O princípio do painel solar

Quando os raios solares caem sobre a fotocélula, pares de elétrons e buracos de não-equilíbrio são gerados nela. Excesso de elétrons e “buracos” são parcialmente transferidos através da junção p-n de uma camada semicondutora para outra.

Como resultado, a voltagem aparece no circuito externo. Neste caso, o pólo positivo da fonte atual é formado no contato da camada p, e negativo na camada n.

Operação do conversor fotoelétrico

A diferença de potencial (tensão) entre os contatos da fotocélula ocorre devido a mudanças no número de "buracos" e elétrons de diferentes lados da junção pn como resultado da irradiação da camada n pelos raios do sol.

As fotocélulas ligadas a uma carga externa na forma de uma bateria formam um círculo vicioso com ela. Como resultado, o painel solar funciona como uma espécie de roda, ao longo da qual as proteínas passam elétrons juntas. E a bateria ao mesmo tempo, gradualmente, ganhando carga.

Os conversores fotoelétricos de silício padrão são elementos unijuncionais. Os elétrons fluem através deles apenas através de uma única junção p - n com uma zona de fótons de restrição de energia dessa transição.

Ou seja, cada fotocélula é capaz de gerar eletricidade apenas a partir de um espectro restrito de radiação solar. Toda outra energia é desperdiçada. Portanto, a eficiência do FEP é tão baixa.

A fim de aumentar a eficiência das células solares, as células semicondutoras de silício foram recentemente feitas multi-transição (em cascata) para elas. Nas novas transições FEP já são várias. E cada um deles nesta cascata é projetado para o seu próprio espectro de luz solar.

A eficiência total da conversão de fótons em corrente elétrica para essas células solares aumenta como resultado. Mas o preço deles é muito maior. Aqui, ou a facilidade de fabricação com baixo custo e baixa eficiência, ou maiores retornos aliados ao alto custo.

Operação da bateria solar

A bateria solar pode funcionar tanto no verão quanto no inverno (ela precisa de luz, não de calor) - quanto menos nebulosidade e brilho o sol brilhar, mais o heliopanel gerará corrente elétrica

Durante a operação, a fotocélula e toda a bateria aquecem gradualmente. Toda a energia que não entrou na geração de corrente elétrica é transformada em calor. Muitas vezes a temperatura na superfície do heliopanel aumenta para 50-55 ° C. Mas quanto maior é, menos eficientemente a célula fotovoltaica opera.

Como resultado, o mesmo modelo da bateria solar no calor gera menos corrente do que na geada. Mostra fotovoltaica da eficiência máxima em um dia de inverno claro. Existem dois fatores - muito sol e resfriamento natural.

Além disso, se a neve cair no painel, continuará a gerar eletricidade de qualquer maneira. Além disso, os flocos de neve nem sequer têm tempo para se deitar sobre ele, derretendo-se do calor das células fotográficas aquecidas.

Eficiência da bateria solar

Uma fotocélula, mesmo ao meio-dia quando o tempo está claro, produz muito pouca eletricidade, apenas o suficiente para a operação da lanterna LED.

Para aumentar a potência de saída, várias células solares são combinadas em paralelo para aumentar a tensão constante e em série para aumentar a corrente.

A eficácia dos painéis solares depende de:

  • temperatura do ar e a própria bateria;
  • seleção correta de resistência de carga;
  • ângulo de incidência da luz solar;
  • a presença / ausência de revestimento anti-reflexo;
  • saída de luz.

Quanto mais baixa a temperatura na rua, mais eficientes são as células fotovoltaicas e a bateria solar como um todo. Tudo é simples aqui. Mas com o cálculo da situação de carga é mais complicado. Deve ser selecionado com base na corrente gerada pelo painel. Mas seu valor muda dependendo dos fatores climáticos.

Conexão paralela e serial

Heliopanels são fabricados com a expectativa de uma tensão de saída que é um múltiplo de 12 V - se você tem que aplicar 24 V à bateria, você terá que conectar dois painéis a ela em paralelo.

Constantemente monitorar os parâmetros da bateria solar e corrigir manualmente o seu trabalho é problemático. Para isso, é melhor usar controlador de controleque no próprio modo automático ajusta as configurações do heliopanel, a fim de obter o máximo desempenho e melhores modos de operação a partir dele.

O ângulo ideal de incidência dos raios do sol na bateria solar é reto. No entanto, com um desvio de 30 graus em relação à perpendicular, a eficiência do painel cai apenas na região de 5%. Mas com um aumento adicional neste ângulo, uma proporção crescente da radiação solar será refletida, reduzindo assim a eficiência do FEP.

Se a bateria é necessária para fornecer o máximo de energia no verão, ela deve ser orientada perpendicular à posição média do sol, que ocupa nos equinócios na primavera e outono.

Para a região de Moscou, é cerca de 40 a 45 graus no horizonte. Se o máximo for necessário no inverno, o painel deve ser colocado em uma posição mais ereta.

E mais uma coisa - poeira e sujeira reduzem muito o desempenho das fotocélulas. Fótons através de uma barreira tão "suja" simplesmente não os alcançam e, portanto, não há nada para converter em eletricidade. Os painéis devem ser lavados ou colocados regularmente para que o pó seja lavado pela chuva por conta própria.

Algumas células solares têm lentes embutidas para concentrar a radiação nas células solares. Em tempo claro, isso leva ao aumento da eficiência. No entanto, em nuvens pesadas, essas lentes só trazem danos.

Se o painel usual em tal situação continuar a gerar corrente, embora em volumes menores, o modelo da lente parará de funcionar quase completamente.

A bateria solar de fotocélulas deve idealmente iluminar uniformemente. Se uma de suas seções estiver escurecida, o FEP apagado se transformará em uma carga parasita. Eles não apenas não geram energia em tal situação, mas também a afastam dos elementos de trabalho.

Os painéis devem ser instalados de forma que não haja árvores, edifícios e outras barreiras no caminho dos raios solares.

O esquema de energia da casa do sol

O sistema de energia solar inclui:

  1. Heliopanels
  2. Controlador
  3. Baterias.
  4. Inversor (transformador).

O controlador neste esquema protege as baterias solares e as baterias. Por um lado, evita o fluxo de correntes invertidas à noite e em condições de tempo nublado e, por outro lado, protege as baterias de cargas / descargas excessivas.

Baterias para heliopanels

As baterias para heliopanels devem ser selecionadas para serem as mesmas em termos de idade e capacidade, caso contrário, o carregamento / descarregamento ocorrerá de forma desigual, o que levará a uma queda acentuada em sua vida útil.

Para a transformação da corrente contínua em 12, 24 ou 48 volts em uma alternância de 220 volts necessários inversor. Baterias de carro não devem ser usadas em tal esquema por causa de sua incapacidade de resistir a recargas frequentes. É melhor investir e comprar pilhas AGM de hélio especiais ou OPzS de preenchimento.

Conclusões e vídeos úteis sobre o tema

Princípios de operação e diagramas de circuito solar não é muito complicado de entender. E com os materiais de vídeo que coletamos abaixo, será ainda mais fácil entender todas as complexidades da operação e instalação de heliopanels.

Acessível e compreensível como funciona um painel solar fotovoltaico, com todos os detalhes:

Como os painéis solares são organizados no seguinte vídeo:

Montagem do painel solar de bricolage:

Cada item em sistema de energia solar A casa deve ser combinada corretamente. Perdas de energia inevitáveis ​​ocorrem em baterias, transformadores e no controlador. E eles definitivamente deveriam ser reduzidos ao mínimo, caso contrário, a eficiência bastante baixa dos heliopanels será reduzida a zero.

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