Transformarea eficientă a razelor soarelui liber în energie, care poate fi utilizată pentru a furniza locuințe și alte obiecte, este visul prețuit de mulți apologeți pentru energia verde.
Dar principiul funcționării bateriei solare și eficiența acesteia sunt de așa natură încât nu este încă posibil să se vorbească despre eficiența ridicată a acestor sisteme. Ar fi frumos să obțineți propria sursă suplimentară de energie electrică. Nu-i așa? În plus, chiar și în prezent, în Rusia, cu ajutorul panourilor solare, o mulțime de gospodării private au fost furnizate cu succes electricitate "gratuită". Încă nu știi de unde să începi?
Mai jos vă vom spune despre dispozitiv și principiile de funcționare a panoului solar, veți afla ce determină eficiența sistemului solar. Videoclipurile postate în articol vă vor ajuta să asamblați personal un panou solar de celule fotovoltaice.
Conținutul articolului:
- Panouri solare: terminologie
-
Structura internă a bateriei solare
- Tipuri de cristale fotocelule
- Principiul panoului solar
- Eficiența bateriei solare
- Schema electrică a casei de la soare
- Concluzii și video util pe această temă
Panouri solare: terminologie
În subiectul "energiei solare" o mulțime de nuanțe și confuzie. Adesea, noii veniți să înțeleagă toți termenii nefamiliari la început pot fi dificili. Dar fără aceasta, nu ar fi înțelept să se angajeze în energia solară, achiziționând echipamente pentru generarea curentului solar.
În mod inconștient, puteți alege nu numai un panou necorespunzător, ci și să îl ardeți atunci când îl conectați sau să extrageți prea puțină energie din acesta.
Impactul maxim al panoului solar poate fi obținut numai prin cunoașterea funcționării acestuia, a componentelor și componentelor acestuia și a modului în care acestea se conectează corect.
În primul rând, trebuie să înțelegeți tipurile existente de echipamente pentru energia solară. Panourile solare și colectoarele solare sunt două dispozitive fundamentale diferite. Ambii convertesc energia razele soarelui.
Cu toate acestea, în primul caz, la ieșire, consumatorul primește energie electrică, iar în a doua, energia termică sub forma unui lichid de răcire încălzit, adică panourile solare sunt utilizate pentru a încălzire la domiciliu.
A doua nuanță este conceptul de "baterie solară" în sine. De obicei, cuvântul "baterie" înseamnă un dispozitiv care acumulează energie electrică. Sau îți vine în minte un radiator banal de încălzire. Cu toate acestea, în cazul helio-bateriilor, situația este radical diferită. Nu acumulează nimic în sine.
Panoul solar generează un curent constant. Pentru ao converti la o variabilă (folosită în viața cotidiană), un invertor trebuie să fie prezent în circuit.
Panourile solare sunt proiectate exclusiv pentru generarea curentului electric. Acesta, la rândul său, se acumulează pentru a furniza locuința cu electricitate noaptea, când soarele coboară dincolo de orizont, deja în bateriile prezente în sistemul suplimentar de alimentare cu energie al obiectului.
Bateria aici este înțeleasă în contextul unui anumit set de componente similare care sunt asamblate în ceva întreg. De fapt, acesta este doar un panou de mai multe fotocelule identice.
Structura internă a bateriei solare
Treptat, celulele solare devin din ce în ce mai ieftine și mai eficiente. Acum sunt folosite pentru reîncărcarea bateriilor în lămpi stradale, smartphone-uri, mașini electrice, case particulare și sateliți în spațiu. Ei chiar au început să construiască centrale solare de înaltă calitate (SES) cu volume mari de generații.
Heliobateritul constă dintr-un set de celule fotovoltaice (convertoare fotoelectrice FEP) care transformă energia fotonilor de la soare în energie electrică
Fiecare baterie solară este aranjată ca un bloc al celui de-al doilea număr de module care combină celule fotovoltaice semiconductoare conectate secvențial. Pentru a înțelege principiile de funcționare a unei astfel de baterii, este necesar să înțelegem activitatea acestei unități terminale în dispozitivul heliopanel, creat pe baza semiconductorilor.
Tipuri de cristale fotocelule
Opțiuni FEP de la diferite elemente chimice, există o sumă imensă. Cu toate acestea, cele mai multe dintre acestea sunt evoluții în etapele inițiale. În prezent, numai panourile fotovoltaice pe bază de siliciu sunt produse comercial.
Semiconductorii de siliciu sunt folosiți la fabricarea celulelor solare datorită costului lor scăzut, nu se pot lăuda cu eficiență deosebit de ridicată
O fotocelula obișnuită într-un heliopanel este o placă subțire de două straturi de siliciu, fiecare având proprietăți fizice proprii. Aceasta este o joncțiune clasică semiconductoră p-n cu perechi de electroni.
Când fotonii au lovit FEP între aceste straturi ale semiconductorului, datorită eterogenității cristalului, se formează o supapă foto-EMF, rezultând o diferență de potențial și un curent de electroni.
Plăcile de siliciu de fotocelule diferă în tehnologia de fabricație pentru:
- Monocristalin.
- Policristalin.
Primul are o eficiență mai mare, dar costul producției este mai mare decât cel de-al doilea. În exterior, o opțiune de la alta pe panoul solar poate fi diferențiată prin formă.
FEP cu cristale unice are o structură omogenă, sunt realizate sub formă de pătrate cu colțuri tăiate. Dimpotrivă, elementele policristaline au o formă strict pătrată.
Policristalele se obțin ca urmare a răcirii treptate a siliciului topit. Această metodă este extrem de simplă, astfel că aceste celule fotovoltaice sunt necostisitoare.
Dar performanțele lor în ceea ce privește generarea energiei electrice de la razele soarelui rar depășesc 15%. Acest lucru se datorează "impurității" plăcilor de siliciu obținute și a structurii lor interne. Aici, cu cât este mai pur stratul p de siliciu, cu atât este mai mare eficiența FEP din acesta.
Puritatea cristalelor singulare în acest sens este mult mai mare decât cea a analogilor policristali. Ele nu sunt făcute din topit, ci din cristal de siliciu întreg, cultivat artificial. Coeficientul de conversie fotoelectric al unui astfel de FEP atinge deja 20-22%.
Într-un modul comun, celulele fotocelule individuale sunt asamblate pe un cadru din aluminiu și pentru a le proteja de sus, ele sunt acoperite cu sticlă durabilă, care nu interferează cu razele solare.
Stratul superior al plăcii fotocelule cu fața la soare este fabricat din același silicon, dar cu adăugarea de fosfor. Acesta din urmă va fi sursa de electroni în exces în sistemul de joncțiune pn.
Principiul panoului solar
Când razele solare cad pe celula fotografică, în ea se generează perechi de electroni-gauri neechilibrate. Excesul de electroni și "găuri" sunt parțial transferate prin joncțiunea p - n de la un strat semiconductor la altul.
Ca rezultat, tensiunea apare în circuitul extern. În acest caz polul pozitiv al sursei de curent se formează la contactul stratului p și negativ la n-strat.
Diferența de potențial (tensiune) dintre contactele fotocelulelor se datorează modificărilor numărului de "găuri" și electronilor din diferitele părți ale joncțiunii pn ca urmare a iradierii n-stratului de razele solare.
Fotocunele conectate la o sarcină externă sub forma unei baterii formează un cerc vicios cu ea. Ca urmare, panoul solar funcționează ca un fel de roată, de-a lungul căreia proteinele rulează împreună electroni. Și acumulatorul în același timp dobândește treptat încărcare.
Convertoarele fotoelectrice de siliciu standard sunt elemente unijunctionale. Electronii curg prin ele doar printr-o singură joncțiune p - n cu o zonă fotonică restrânsă de energie a acestei tranziții.
Adică, fiecare astfel de fotocelule este capabilă să genereze electricitate numai dintr-un spectru îngust de radiații solare. Toate celelalte energii sunt irosite. Iată de ce eficiența FEP este atât de scăzută.
În scopul creșterii eficienței celulelor solare, celulele semiconductoare din siliciu au fost recent realizate în mai multe trepte (cascadă) pentru ele. În noile tranziții FEP există deja mai multe. Și fiecare dintre ele în această cascadă este proiectat pentru propriul spectru de lumină solară.
Eficiența totală a conversiei fotonilor în curent electric pentru astfel de celule solare crește ca rezultat. Dar prețul lor este mult mai mare. Aici, fie ușurința de fabricație cu costuri reduse și eficiență scăzută, sau randamente mai mari, combinate cu costuri ridicate.
Bateria solară poate funcționa atât în timpul verii, cât și în timpul iernii (necesită lumină, nu căldură) - cu atât mai puțină nor și mai strălucitoare soare strălucește, cu atât mai mult heliopanel va genera curent electric
În timpul funcționării, fotocelula și întreaga baterie se încălzesc treptat. Toată energia care nu a trecut pe generarea curentului electric este transformată în căldură. Deseori, temperatura pe suprafața heliopanelului crește la 50-55 ° C. Dar cu cât este mai mare, cu atât mai puțin funcționează celula fotovoltaică.
Ca rezultat, același model al bateriei solare în căldură generează mai puțin curent decât în îngheț. Eficiență maximă de expunere fotovoltaică într-o zi clară a iernii. Există doi factori - o mulțime de soare și răcire naturală.
În plus, dacă zăpada cade pe panou, va continua să genereze oricum electricitate. În plus, fulgii de zăpadă nu vor avea nici măcar timp să stea pe ea, topindu-se de căldura celulelor fotovoltaice încălzite.
Eficiența bateriei solare
O singură fotocelulă, chiar și la prânz, la vreme clară, produce foarte puțină electricitate, suficientă pentru funcționarea lanternei LED.
Pentru a crește puterea de ieșire, mai multe celule solare sunt combinate în paralel pentru a crește tensiunea constantă și în serie pentru a crește curentul.
Eficiența panourilor solare depinde de:
- temperatura aerului și bateria în sine;
- alegerea corectă a rezistenței la sarcină;
- unghiul de incidență al luminii solare;
- prezența / absența învelișului anti-reflexiv;
- ieșire luminată.
Cu cât temperatura pe stradă este mai mică, cu atât sunt mai eficiente celulele fotovoltaice și bateria solară ca întreg. Totul este simplu aici. Dar, cu calculul de sarcină situația este mai complicată. Ar trebui selectat pe baza curentului generat de panel. Dar valoarea sa se modifică în funcție de factorii meteorologici.
Heliopanele sunt fabricate cu așteptarea unei tensiuni de ieșire care este un multiplu de 12 V - dacă trebuie să aplicați 24 V la baterie, va trebui să conectați două panouri în paralel
Monitorizarea constantă a parametrilor bateriei solare și corectarea manuală a muncii sale este problematică. Pentru aceasta, este mai bine să utilizați controler de controlcare în modul automat ajustează setările heliopanelului pentru a obține performanțe maxime și moduri optime de operare din acesta.
Unghiul ideal de incidență a razelor soarelui asupra bateriei solare este drept. Cu toate acestea, cu o abatere de 30 de grade față de perpendiculară, eficiența panoului scade doar în regiunea de 5%. Dar, cu o creștere suplimentară a acestui unghi, se va reflecta o proporție tot mai mare de radiații solare, reducând astfel eficiența FEP.
Dacă bateria este necesară pentru a oferi energie maximă în timpul verii, aceasta ar trebui orientată perpendicular pe poziția medie a soarelui, pe care o ocupă în echinocți în primăvară și toamnă.
Pentru regiunea Moscovei este de aproximativ 40-45 de grade la orizont. Dacă este necesar maximul în timpul iernii, panoul trebuie așezat într-o poziție mai în poziție verticală.
Și încă un lucru - praful și murdăria reduc foarte mult performanța fotocelulelor. Fotonii printr-o astfel de barieră "murdară" pur și simplu nu le atinge și, prin urmare, nu există nimic de convertit în energie electrică. Panourile trebuie spălate sau fixate în mod regulat, astfel încât praful să fie spălat de ploaie pe cont propriu.
Unele celule solare au lentile integrate pentru concentrarea radiațiilor asupra celulelor solare. În condiții meteo normale, acest lucru conduce la creșterea eficienței. Cu toate acestea, în nori grei, aceste lentile dăunează doar.
Dacă panoul obișnuit într-o astfel de situație continuă să genereze curent, deși în volume mai mici, atunci modelul obiectivului va înceta să funcționeze aproape complet.
Bateria soarelui de fotocelule ar trebui să se ilumineze în mod uniform. Dacă una dintre secțiunile sale se dovedește a fi întunecată, atunci FEP ne-aprins devine o sarcină parazitară. Ele nu numai că nu generează energie într-o astfel de situație, ci și o iau departe de elementele de lucru.
Panourile trebuie instalate astfel încât să nu existe copaci, clădiri și alte bariere în calea razelor soarelui.
Schema electrică a casei de la soare
Sistemul solar include:
- Geliopaneli.
- Controller.
- Baterii.
- Invertor (transformator).
Controlerul din această schemă protejează atât bateriile solare, cât și bateriile. Pe de o parte, previne fluxul de curenți inversi pe timp de noapte și în condiții de noros și, pe de altă parte, protejează bateriile de încărcarea / descărcarea excesivă.
Bateriile pentru heliopanele ar trebui să fie selectate pentru a fi identice în funcție de vârstă și capacitate, în caz contrar încărcarea / descărcarea va avea loc în mod inegal, ceea ce va duce la o scădere bruscă a duratei de viață
Pentru transformarea curentului direct la 12, 24 sau 48 de volți într-un alternator de 220 volți necesar invertor. Bateriile auto nu ar trebui să fie utilizate într-o astfel de schemă din cauza incapacității lor de a rezista la reîncărcări frecvente. Cel mai bine este să investiți și să achiziționați AGM de heliu special sau să încărcați bateriile OPzS.
Concluzii și video util pe această temă
Principiile de funcționare și diagrame de circuit solar nu prea complicată pentru a înțelege. Și cu materialele video pe care le-am colectat mai jos, va fi chiar mai ușor să înțelegem toate complicațiile operației și instalării heliopanelilor.
Accesibil și ușor de înțeles cum funcționează un panou solar fotovoltaic, în detaliu:
Cum se aranjează panourile solare în următorul videoclip:
Montați panoul solar:
Fiecare element din sistem de energie solară Cabana trebuie să fie potrivită corect. Pierderi de energie inevitabile apar pe baterii, transformatoare și controler. Și ar trebui să fie reduse la un nivel minim, altfel eficiența destul de scăzută a heliopanelurilor va fi redusă la zero.
În timpul studierii întrebărilor materiale? Sau cunoașteți informații valoroase despre subiectul articolului și îl puteți comunica cititorilor noștri? Vă rugăm să lăsați comentariile dvs. în caseta de mai jos.
