Princíp solárnej batérie: ako je panel usporiadaný

Efektívna premena voľných lúčov slnka na energiu, ktorá sa dá použiť na zásobovanie bývania a iných objektov, je váženým snom mnohých apologetov zelenej energie.

Ale princíp prevádzky solárnej batérie, a jej účinnosť sú také, že ešte nie je možné hovoriť o vysokej účinnosti takýchto systémov. Bolo by pekné získať svoj vlastný dodatočný zdroj elektriny. Nie je to? Navyše, aj dnes, v Rusku, s pomocou solárnych panelov, veľa súkromných domácností bolo úspešne zásobených „bezdôvodnou“ elektrinou. Stále neviete, kde začať?

Nižšie vám povieme o zariadení a princípoch prevádzky solárneho panelu, dozviete sa, čo určuje účinnosť solárneho systému. Videoklipy uverejnené v článku vám pomôžu osobne zostaviť solárny panel fotovoltaických článkov.

Solárne panely: terminológia

V predmete "slnečnej energie" veľa nuansy a zmätok. Novo prichádzajúci, ktorí najprv pochopia všetky neznáme termíny, môžu byť ťažké. Ale bez toho by bolo nerozumné zapojiť sa do solárnej energie, získavať zariadenia na výrobu slnečného prúdu.

Nevedome si môžete vybrať nielen nevhodný panel, ale aj jednoducho ho vypáliť, keď ho pripojíte alebo z neho vyberiete príliš málo energie.

Po prvé, musíte pochopiť existujúce typy zariadení pre solárnu energiu. Solárne panely a solárne kolektory sú dve zásadne odlišné zariadenia. Obaja premieňajú energiu lúčov Slnka.

V prvom prípade však na výstupe spotrebič prijíma elektrickú energiu a v druhom prípade teplo vo forme vyhrievaného chladiva, solárne panely vykurovanie domácností.

Druhou nuansou je samotný pojem „solárna batéria“. Zvyčajne slovo „batéria“ znamená zariadenie, ktoré akumuluje elektrinu. Alebo na myseľ príde banálny radiátor. V prípade helio-batérií je však situácia radikálne odlišná. Nie sú v nich ničím.

Solárne panely sú určené výhradne na výrobu elektrického prúdu. Na druhej strane sa akumuluje na zásobovanie domu elektrickou energiou v noci, keď slnko klesá za horizont, už v batériách nachádzajúcich sa v prídavnom systéme dodávky energie.

Batéria je tu chápaná v kontexte určitého súboru podobných komponentov, ktoré sú zostavené do niečoho celku. V skutočnosti je to len panel niekoľkých identických fotobuniek.

Vnútorná štruktúra solárnej batérie

Solárne články sa postupne stávajú lacnejšími a účinnejšími. Teraz sa používajú na nabíjanie batérií v pouličných lampách, smartfónoch, elektromobiloch, súkromných domoch a satelitoch vo vesmíre. Dokonca začali stavať vysokohodnotné solárne elektrárne (SES) s veľkými objemami výroby.

Každá solárna batéria je usporiadaná ako blok n-tého počtu modulov, ktoré kombinujú postupne pripojené polovodičové fotovoltaické články. Pre pochopenie princípov fungovania takejto batérie je potrebné pochopiť prácu tejto koncovej jednotky v heliopaneli zariadenia, vytvorenej na báze polovodičov.

Druhy kryštálov fotobunky

Možnosti FEP z rôznych chemických prvkov, tam je obrovské množstvo. Väčšina z nich však predstavuje vývoj v počiatočných fázach. V súčasnosti sa komerčne vyrábajú iba fotovoltaické panely na báze kremíka.

Bežná fotobunka v heliopaneli je tenká doska dvoch vrstiev kremíka, z ktorých každý má svoje vlastné fyzikálne vlastnosti. Ide o klasické polovodičové spojenie p-n s pármi elektrón-diera.

Keď fotóny zasiahnu FEP medzi týmito vrstvami polovodiča, kvôli heterogénnosti kryštálu sa vytvorí foto-EMF ventil, čo má za následok potenciálny rozdiel a elektrónový prúd.

Silikónové platne fotobuniek sa líšia vo výrobnej technológii pre:

1. Monokryštalický.
2. Polykryštalické.

Prvá z nich má vyššiu účinnosť, ale náklady na ich výrobu sú vyššie ako druhá. Externe, jeden variant od druhého na solárnom paneli môže byť rozlíšený formou.

Jednokryštálový FEP má homogénnu štruktúru, sú vyrábané vo forme štvorcov so zárezmi. Naproti tomu polykryštalické prvky majú striktne štvorcový tvar.

Polykryštály sa získajú v dôsledku postupného ochladzovania roztaveného kremíka. Táto metóda je veľmi jednoduchá, takže tieto fotovoltaické články sú lacné.

Ich výkon, pokiaľ ide o výrobu elektriny zo slnečných lúčov, zriedka presahuje 15%. Je to spôsobené „nečistotou“ získaných kremíkových doštičiek a ich vnútornou štruktúrou. Čím čistejšia je p-vrstva kremíka, tým vyššia je účinnosť FEP.

Čistota jednotlivých kryštálov je v tomto ohľade omnoho vyššia ako čistota polykryštalických analógov. Nie sú vyrobené z roztaveného, ​​ale z umelo vypestovaného celého kremíkového kryštálu. Fotoelektrický konverzný koeficient takého FEP už dosahuje 20-22%.

Vrchná vrstva dosky fotobunky otočená k slnku je vyrobená z rovnakého kremíka, ale s pridaním fosforu. Je to ten druhý, ktorý bude zdrojom prebytočných elektrónov v spojovacom systéme pn.

Princíp solárneho panelu

Keď slnečné lúče dopadajú na fotobunku, vytvárajú sa v ňom nerovnovážne páry elektrónov a dier. Prebytočné elektróny a „diery“ sa čiastočne prenášajú cez spojenie p - n z jednej polovodičovej vrstvy do druhej.

V dôsledku toho sa v externom obvode objaví napätie. V tomto prípade je kladný pól zdroja prúdu vytvorený pri kontakte p-vrstvy a záporný v n-vrstve.

Fotočlánky pripojené k externému zaťaženiu vo forme batérie tvoria s ňou začarovaný kruh. Výsledkom je, že solárny panel funguje ako druh kolesa, pozdĺž ktorého proteíny spolu spúšťajú elektróny. A batéria zároveň postupne nabíja.

Štandardné silikónové fotoelektrické meniče sú jednosmerné prvky. Elektróny nimi prechádzajú len cez jednu p-n križovatku s energeticky obmedzenou fotónovou zónou tohto prechodu.

To znamená, že každá takáto fotobunka je schopná vyrábať elektrinu len z úzkeho spektra slnečného žiarenia. Všetka iná energia je zbytočná. Preto je účinnosť RVP taká nízka.

Aby sa zvýšila účinnosť solárnych článkov, v poslednej dobe sa pre ne vytvorili kremíkové polovodičové bunky. V novej FEP prechody sú už niekoľko. A každý z nich v tejto kaskáde je určený pre vlastné spektrum slnečného svetla.

Výsledkom je celková účinnosť premeny fotónov na elektrický prúd pre takéto solárne články. Ale ich cena je oveľa vyššia. Tu buď jednoduchosť výroby s nízkymi nákladmi a nízkou účinnosťou, alebo vyššie výnosy spojené s vysokými nákladmi.

Počas prevádzky sa fotobunka a celá batéria postupne zahrejú. Všetka energia, ktorá nešla na výrobu elektrického prúdu, sa transformuje na teplo. Často teplota na povrchu heliopanelu stúpa na 50 - 55 ° C. Čím vyššie je však, tým menej fotovoltaického článku pracuje.

Výsledkom je, že rovnaký model solárneho akumulátora v teple produkuje menej prúdu ako v mraze. Maximálna účinnosť fotovoltaickej show za jasného zimného dňa. Existujú dva faktory - veľa slnka a prirodzené chladenie.

Navyše, ak sneh padá na panel, bude aj naďalej vyrábať elektrinu. Okrem toho, snehové vločky nebudú mať ani čas na to ležať a topiť sa z tepla zahrievaných fotočlánkov.

Účinnosť solárnej batérie

Jedna fotobunka, dokonca aj v poludnie za jasného počasia, produkuje veľmi málo elektriny, len dosť na prevádzku LED svietidla.

Na zvýšenie výstupného výkonu sa paralelne kombinuje niekoľko solárnych článkov na zvýšenie konštantného napätia a sériovo na zvýšenie prúdu.

Účinnosť solárnych panelov závisí od:

• teplota vzduchu a samotná batéria;
• správny výber zaťaženia;
• uhol dopadu slnečného svetla;
• prítomnosť / neprítomnosť antireflexného povlaku;
• svetelný výkon.

Čím nižšia je teplota na ulici, tým účinnejšie sú fotovoltaické články a solárna batéria ako celok. Všetko je tu jednoduché. Ale pri výpočte zaťaženia je situácia zložitejšia. Mala by byť zvolená na základe prúdu generovaného komisiou. Ale jeho hodnota sa mení v závislosti od poveternostných faktorov.

Neustále monitorujte parametre solárnej batérie a manuálne korigujte jej prácu je problematická. Na to je lepšie použiť regulátoraktorý v automatickom režime sám nastavuje nastavenia heliopanelu, aby sa z neho dosiahol maximálny výkon a optimálne prevádzkové režimy.

Ideálny uhol dopadu slnečných lúčov na slnečnú batériu je rovný. Avšak s odchýlkou ​​30 ° od kolmice klesá účinnosť panelu len v oblasti 5%. Ale s ďalším nárastom tohto uhla sa prejaví rastúci podiel slnečného žiarenia, čím sa zníži účinnosť RVP.

Ak je batéria potrebná na dodanie maximálnej energie v lete, mala by byť orientovaná kolmo na priemernú polohu Slnka, ktorú zaberá v rovnodennostiach na jar a. \ t jesene.

Pre oblasť Moskvy je to asi 40 - 45 stupňov k horizontu. Ak je maximum potrebné v zime, panel by mal byť umiestnený vo vzpriamenejšej polohe.

A ešte jedna vec - prach a nečistoty výrazne znižujú výkon fotobuniek. Fotóny cez takúto „špinavú“ bariéru ich jednoducho nedosiahnu, a preto nie je čo premieňať na elektrinu. Panely by sa mali pravidelne umývať alebo nastaviť tak, aby sa prach sám premýval dažďom.

Niektoré solárne články majú vstavané šošovky na koncentráciu žiarenia na slnečné články. Za jasného počasia to vedie k vyššej účinnosti. Avšak v ťažkých oblakoch prinášajú tieto šošovky iba škody.

Ak obvyklý panel v takejto situácii naďalej generuje prúd, aj keď v menších objemoch, model objektívu prestane fungovať takmer úplne.

Slnková batéria fotobuniek by sa mala v ideálnom prípade rovnomerne osvetľovať. Ak sa ukáže, že jedna z jeho sekcií je zatemnená, potom nesvieti FEP na parazitickú záťaž. V takejto situácii nielenže nevytvárajú energiu, ale odoberajú ju aj z pracovných prvkov.

Panely by mali byť inštalované tak, aby na ceste slnečných lúčov neboli žiadne stromy, budovy ani iné bariéry.

Schéma napájania domu zo slnka

Solárny systém zahŕňa:

1. Geliopaneli.
2. Controller.
3. batérie.
4. Menič (transformátor).

Regulátor v tejto schéme chráni solárne batérie aj batérie. Na jednej strane zabraňuje prúdeniu reverzných prúdov v noci a za oblačného počasia a na druhej strane chráni batérie pred nadmerným nabíjaním / vybíjaním.

Pre transformáciu jednosmerného prúdu na 12, 24 alebo 48 voltov na striedavé napätie 220 voltov menič. Autobaterie by sa v takomto systéme nemali používať, pretože nie sú schopné odolať častým nabíjaniam. Najlepšie je investovať a kupovať špeciálne hélium AGM alebo výplňové OPzS batérie.

Závery a užitočné video na túto tému

Zásady prevádzky a schémy solárnych obvodov nie je príliš zložité na pochopenie. A s video materiálmi, ktoré sme zozbierali nižšie, bude ešte jednoduchšie pochopiť všetky zložitosti prevádzky a inštalácie heliopaniel.

Prístupné a zrozumiteľné, ako fotovoltaický solárny panel pracuje v úplnom detaile:

Ako sú solárne panely usporiadané v nasledujúcom videu:

Montáž solárneho panela na mieru:

Každá položka v solárny systém Chata musí byť správne uzavretá. Na batériách, transformátoroch a regulátore sa vyskytujú nevyhnutné straty výkonu. A mali by byť určite redukované na minimum, inak bude pomerne nízka účinnosť heliopaniel celkom znížená na nulu.

Počas štúdia materiálnych otázok? Alebo viete cenné informácie o téme článku a môžete to oznámiť našim čitateľom? Zanechajte svoje komentáre v nižšie uvedenom poli.