Skuteczna konwersja darmowych promieni słonecznych w energię, która może być wykorzystana do zasilania budynków mieszkalnych i innych obiektów, jest spełnionym marzeniem wielu apologetów zielonej energii.
Ale zasada działania baterii słonecznej i jej wydajność są takie, że nie trzeba mówić o wysokiej wydajności takich systemów. Byłoby miło mieć własne dodatkowe źródło energii elektrycznej. Czyż nie? Co więcej, nawet dzisiaj w Rosji za pomocą paneli słonecznych znaczna liczba prywatnych gospodarstw domowych jest z powodzeniem zaopatrywana w „darmową” energię elektryczną. Nadal nie wiesz od czego zacząć?
Poniżej opowiemy o urządzeniu i zasadach działania panelu słonecznego, dowiesz się, od czego zależy wydajność układu słonecznego. A filmy zamieszczone w tym artykule pomogą osobiście zmontować panel słoneczny z fotokomórek.
Panele słoneczne: terminologia
W temacie „energii słonecznej” jest wiele niuansów i zamieszania. Początkowo początkującym często trudno jest zrozumieć wszystkie nieznane terminy. Ale bez tego angażowanie się w energię słoneczną, nabywanie sprzętu do generowania prądu „słonecznego” jest nieuzasadnione.
Nieświadomie możesz nie tylko wybrać niewłaściwy panel, ale po prostu spalić go po podłączeniu lub wydobyć z niego zbyt mało energii.
Galeria obrazów
Zdjęcie z
Instalacja z paneli słonecznych pozwala racjonalnie wykorzystać bezpłatną, niewyczerpaną energię słoneczną
Miniaturowe elektrownie zmontowane z paneli słonecznych dostarczą energię do niezelektryfikowanych obiektów i domów zlokalizowanych w regionach z przerwami w dostawie energii elektrycznej
Instalacje przetwarzające promieniowanie UV na energię elektryczną zajmują minimum miejsca. znajdują się na dachach domów, budynków gospodarczych, garaży, altanek, werand. Rzadziej znajdują się na otwartych przestrzeniach niezajętych przez budynki i nasadzenia.
Panele słoneczne są niezbędnym wyposażeniem dla miłośników podróży. Dostarczy energię z dala od źródeł energii
Wykorzystanie energii słonecznej zapewni możliwość znacznego obniżenia kosztów utrzymania domków letniskowych i domów na wsi. możesz samodzielnie złożyć i zainstalować niedrogi system
Panele słoneczne znajdujące się na rufie jachtu, pokładzie statku lub dziobie łodzi dostarczą energię elektryczną, dzięki czemu możliwe będzie utrzymanie stabilnej komunikacji z brzegiem
Przenośny panel słoneczny z baterią eliminuje występowanie ekstremalnych sytuacji z dala od osiedli, gwarantuje ładowanie urządzeń mobilnych w celu komunikowania się z bliskimi
Lekkie, kompaktowe ładowarki zasilane energią słoneczną, specjalnie zaprojektowane do uprawiania turystyki pieszej, zasilają telefony, krótkofalówki, tablety i technologię multimedialną
Racjonalne wykorzystanie zasobów naturalnych
Dostawa energii do obiektów niezelektryfikowanych
Montaż paneli słonecznych na dachu
Camping Mobilna bateria słoneczna
Niezależna instalacja w strefie podmiejskiej
Generator prądu podczas rejsów łodzią
Przenośny panel słoneczny z baterią
Minimalna oszczędność miejsca
Najpierw musisz zrozumieć istniejące rodzaje urządzeń do energii słonecznej. Panele słoneczne i kolektory słoneczne to dwa zasadniczo różne urządzenia. Oba przekształcają energię promieni słonecznych.
Jednak w pierwszym przypadku konsument otrzymuje energię elektryczną na wylocie, aw drugim przypadku energię cieplną w postaci podgrzanego chłodziwa, tj. Panele słoneczne służą do ogrzewania domu.
Maksymalny zwrot z panelu słonecznego można uzyskać tylko wiedząc, jak to działa, z jakich komponentów i komponentów składa się i jak wszystko łączy się poprawnie
Drugi niuans to sama koncepcja terminu „bateria słoneczna”. Zazwyczaj słowo „bateria” odnosi się do pewnego rodzaju urządzenia do magazynowania energii. Albo przychodzi na myśl banalna chłodnica. Jednak w przypadku baterii słonecznych sytuacja jest radykalnie inna. Nie gromadzą niczego w sobie.
Panel słoneczny wytwarza stały prąd elektryczny. Aby przekształcić go w zmienną (używaną w życiu codziennym), w obwodzie musi znajdować się falownik
Panele słoneczne są przeznaczone wyłącznie do generowania prądu elektrycznego. To z kolei gromadzi się, aby zasilać dom elektrycznością w nocy, gdy słońce zachodzi nad horyzontem, już w bateriach obecnych w uzupełnieniu schematu zaopatrzenia w energię obiektu.
Akumulator tutaj jest implikowany w kontekście pewnej kombinacji tego samego rodzaju elementów połączonych w jedną całość. W rzeczywistości jest to tylko panel kilku identycznych fotokomórek.
Wewnętrzna struktura baterii słonecznej
Stopniowo panele słoneczne stają się coraz tańsze i wydajniejsze. Teraz służą do ładowania akumulatorów w latarniach ulicznych, smartfonach, samochodach elektrycznych, domach prywatnych i satelitach w kosmosie. Spośród nich zaczęli nawet budować pełnowartościowe elektrownie słoneczne (SES) o dużej mocy wytwórczej.
Bateria słoneczna składa się z wielu fotokomórek (konwerterów fotowoltaicznych ogniw słonecznych), które przekształcają energię fotonów ze słońca w elektryczność
Każda bateria słoneczna jest ułożona jako blok n-tej liczby modułów, które łączą półprzewodnikowe fotokomórki połączone szeregowo. Aby zrozumieć zasady działania takiego akumulatora, konieczne jest zrozumienie działania tego końcowego ogniwa w urządzeniu panelu słonecznego utworzonym na podstawie półprzewodników.
Rodzaje kryształów fotokomórek
Istnieje wiele opcji ogniw słonecznych z różnych pierwiastków chemicznych. Jednak większość z nich jest opracowywana na początkowych etapach. Do tej pory tylko krzemowe panele ogniw słonecznych są obecnie produkowane na skalę przemysłową.
Półprzewodniki silikonowe są stosowane do produkcji ogniw słonecznych ze względu na ich niski koszt; nie mogą się pochwalić szczególnie wysoką wydajnością
Wspólnym ogniwem słonecznym w panelu słonecznym jest cienka płyta z dwóch warstw krzemu, z których każda ma swoje właściwości fizyczne. Jest to klasyczne półprzewodnikowe połączenie pn z parami elektron-dziura.
Gdy fotony wchodzą do PEC między tymi warstwami półprzewodnika z powodu niejednorodności kryształu, powstaje bramkowy foto-emf, co powoduje różnicę potencjałów i prąd elektronowy.
Krzemowe płytki ogniw słonecznych różnią się technologią wytwarzania dla:
- Monokrystaliczny.
- Polikrystaliczny.
Te pierwsze mają wyższą wydajność, ale koszt ich produkcji jest wyższy niż koszt drugiego. Zewnętrznie jedną opcję od drugiej na panelu słonecznym można rozróżnić po kształcie.
Galeria obrazów
Zdjęcie z
Elektrownia Helio w strefie podmiejskiej
Monokrystaliczne ogniwa słoneczne
Wygląd ogniw słonecznych na monokryształach
Monokrystaliczny moduł słoneczny
Dostawa gotowego do montażu panelu słonecznego
Polikrystaliczne ogniwo słoneczne
Polikrystaliczny akumulator słoneczny
Produkcja ogniw słonecznych DIY
Jednokrystaliczne PEC mają jednorodną strukturę; są wykonane w postaci kwadratów z wyciętymi narożnikami. Natomiast elementy polikrystaliczne mają ściśle kwadratowy kształt.
Polikryształy otrzymuje się przez stopniowe chłodzenie stopionego krzemu. Ta metoda jest niezwykle prosta, dlatego takie fotokomórki są niedrogie.
Jednak produktywność pod względem wytwarzania energii elektrycznej ze światła słonecznego rzadko przekracza 15%. Wynika to z „zanieczyszczenia” otrzymanych płytek krzemowych i ich wewnętrznej struktury. Tutaj, im czystsza jest warstwa p krzemu, tym wyższa jest wydajność PEC.
Czystość pojedynczych kryształów pod tym względem jest znacznie wyższa niż w przypadku analogów polikrystalicznych. Nie są one wykonane ze stopionego, ale ze sztucznie hodowanego całego kryształu krzemu. Współczynnik konwersji fotowoltaicznej takich ogniw słonecznych osiąga już 20–22%.
We wspólnym module poszczególne fotokomórki są montowane na aluminiowej ramie, a aby chronić je od góry, są zamknięte mocnym szkłem, które w ogóle nie zakłóca światła słonecznego
Górna warstwa płyty ogniwa słonecznego skierowana w stronę słońca jest wykonana z tego samego krzemu, ale z dodatkiem fosforu. To ten ostatni będzie źródłem nadmiaru elektronów w układzie złącza pn.
Opracowanie elastycznych paneli z bezpostaciowym krzemem fotoelektrycznym stało się prawdziwym przełomem w dziedzinie wykorzystania energii słonecznej:
Galeria obrazów
Zdjęcie z
Elastyczna opcja słoneczna
Elastyczna naklejka z fotokomórką na żaluzjach
Elastyczna ładowarka do telefonu komórkowego
Odporny na obciążenia mechaniczne
Zasada działania panelu słonecznego
Kiedy światło słoneczne pada na fotokomórkę, generowane są w niej pary nierównowagowe elektron-dziura. Nadmiar elektronów i „dziur” jest częściowo transportowany przez złącze pn z jednej warstwy półprzewodnikowej do drugiej.
W rezultacie napięcie pojawia się w obwodzie zewnętrznym. W tym przypadku dodatni biegun źródła prądu powstaje na styku warstwy p, a biegun ujemny na warstwie n.
Różnica potencjałów (napięcie) między stykami fotokomórki pojawia się w wyniku zmiany liczby „dziur” i elektronów z różnych stron złącza p-n w wyniku napromieniowania warstwy n promieniami słonecznymi
Fotokomórki podłączone do zewnętrznego obciążenia w postaci baterii tworzą z nim błędne koło. W rezultacie panel słoneczny działa jak rodzaj koła, wzdłuż którego elektrony „biegną” wzdłuż białek. Akumulator stopniowo zaczyna się ładować.
Standardowe krzemowe ogniwa fotowoltaiczne to ogniwa jednozłączowe. Przeniesienie do nich elektronów zachodzi tylko przez jedno połączenie p-n ze strefą tego przejścia ograniczoną energią fotonów.
Oznacza to, że każda taka fotokomórka jest w stanie wytwarzać energię elektryczną tylko z wąskiego spektrum promieniowania słonecznego. Cała inna energia jest marnowana. Dlatego wydajność ogniw słonecznych jest tak niska.
Aby zwiększyć efektywność ogniw słonecznych, krzemowe elementy półprzewodnikowe zostały dla nich ostatnio wykonane jako wielozłącze (kaskada). W nowym FEP jest już kilka przejść. Co więcej, każda z nich w tej kaskadzie jest zaprojektowana na własne spektrum światła słonecznego.
Całkowita wydajność konwersji fotonów na prąd elektryczny w takich fotokomórkach ostatecznie wzrasta. Ale ich cena jest znacznie wyższa. Tutaj albo łatwość produkcji przy niskim koszcie i niskiej wydajności, albo wyższe zwroty w połączeniu z wysokimi kosztami.
Bateria słoneczna może pracować zarówno latem, jak i zimą (potrzebuje światła, a nie ciepła) - im mniej zachmurzenia i słońce świeci jaśniej, tym bardziej panel słoneczny będzie generować prąd elektryczny
Podczas pracy fotokomórka i cały akumulator stopniowo się nagrzewają. Cała energia, która nie trafiła do wytworzenia prądu elektrycznego, jest przekształcana w ciepło. Często temperatura na powierzchni heliopanelu wzrasta do 50–55 ° С. Ale im wyższa, tym mniej wydajne jest działanie ogniwa fotowoltaicznego.
W rezultacie ten sam model baterii słonecznej wytwarza mniej prądu w cieple niż w chłodne dni. Fotokomórki pokazują maksymalną wydajność w pogodny zimowy dzień. Wpływają na to dwa czynniki - dużo słońca i naturalne chłodzenie.
Ponadto, jeśli na panel spadnie śnieg, i tak będzie generował prąd. Co więcej, płatki śniegu nawet nie mają czasu się na nim położyć, stopione z gorąca ogrzanych fotokomórek.
Wydajność baterii słonecznych
Jedna fotokomórka nawet w południe przy bezdeszczowej pogodzie wytwarza dość prądu, wystarczającą do działania latarki LED.
Aby zwiększyć moc wyjściową, kilka ogniw słonecznych jest połączonych w równoległym obwodzie w celu zwiększenia napięcia prądu stałego i szeregowo w celu zwiększenia siły prądu.
Skuteczność paneli słonecznych zależy od:
- temperatura powietrza i sam akumulator;
- prawidłowy wybór rezystancji obciążenia;
- kąt padania światła słonecznego;
- obecność / brak powłoki antyrefleksyjnej;
- moc strumienia światła.
Im niższa temperatura zewnętrzna, tym wydajniejsze są fotokomórki i bateria słoneczna. Tutaj wszystko jest proste. Ale przy obliczaniu obciążenia sytuacja jest bardziej skomplikowana. Należy go wybrać na podstawie prądu generowanego przez panel. Ale jego wartość różni się w zależności od czynników pogodowych.
Heliopanele są produkowane z wielokrotnością napięcia wyjściowego 12 V - jeśli do akumulatora wymagane jest 24 V, wówczas należy do niego równolegle podłączyć dwa panele
Problematyczne jest ciągłe monitorowanie parametrów akumulatora słonecznego i ręczne dostosowywanie jego działania. Aby to zrobić, lepiej jest użyć kontrolera, który automatycznie dostosowuje ustawienia samego panelu słonecznego, aby uzyskać z niego maksymalną wydajność i optymalne tryby pracy.
Idealny kąt padania promieni słonecznych na ogniwo słoneczne jest prosty. Jednak gdy odchylenie jest w zakresie 30 stopni od pionu, wydajność panelu spada tylko około 5%. Ale wraz z dalszym wzrostem tego kąta odbija się coraz większa część promieniowania słonecznego, zmniejszając w ten sposób wydajność ogniw słonecznych.
Jeśli bateria jest potrzebna do zapewnienia maksymalnej energii latem, powinna być ustawiona prostopadle do średniej pozycji Słońca, którą zajmuje w dni równonocy wiosną i jesienią.
W regionie moskiewskim odległość od horyzontu wynosi około 40–45 stopni. Jeśli w zimie potrzebne jest maksimum, panel należy ustawić w pozycji bardziej pionowej.
I jeszcze jedno - kurz i brud znacznie zmniejszają wydajność ogniw słonecznych. Fotony przez taką „brudną” barierę po prostu nie docierają do nich, co oznacza, że nie ma nic, co można by zamienić na elektryczność. Panele należy regularnie myć lub umieszczać, aby deszcz sam zmywał pył.
Niektóre ogniwa słoneczne mają wbudowane soczewki do koncentrowania promieniowania na ogniwach słonecznych. Przy dobrej pogodzie prowadzi to do zwiększenia wydajności. Jednak przy dużym zachmurzeniu soczewki te tylko szkodzą.
Jeśli konwencjonalny panel w takiej sytuacji nadal generuje prąd, choć w mniejszych objętościach, model soczewki przestanie działać prawie całkowicie.
Idealnie byłoby, gdyby słońce z ogniwa słonecznego było równomiernie oświetlone. Jeśli jedna z jej sekcji okaże się zaciemniona, wówczas nieoświetlone PEC zamieniają się w pasożytniczy ładunek. Nie tylko nie wytwarzają energii w takiej sytuacji, ale również odbierają ją elementom roboczym.
Panele należy zainstalować tak, aby na drodze promieni słonecznych nie było drzew, budynków ani innych przeszkód.
Schemat zasilania domu od słońca
System energii słonecznej obejmuje:
- Panele słoneczne.
- Kontroler.
- Baterie
- Falownik (transformator).
Sterownik w tym obwodzie chroni zarówno panele słoneczne, jak i akumulatory. Z jednej strony zapobiega przepływowi prądów zwrotnych w nocy i przy pochmurnej pogodzie, az drugiej chroni akumulatory przed nadmiernym ładowaniem / rozładowaniem.
Baterie do paneli słonecznych należy dobierać tak samo pod względem wieku i pojemności, w przeciwnym razie ładowanie / rozładowywanie nastąpi nierównomiernie, co doprowadzi do gwałtownego skrócenia ich żywotności
Aby przekształcić prąd stały o napięciu 12, 24 lub 48 woltów w przemienny 220 woltów, potrzebny jest falownik.Nie zaleca się stosowania akumulatorów samochodowych w takim schemacie ze względu na ich niezdolność do wytrzymania częstych przeładowań. Najlepiej wydawać pieniądze i kupować specjalne helowe AGM lub żelowane baterie OPzS.
Zasady działania i schemat połączeń paneli słonecznych nie są zbyt skomplikowane do zrozumienia. Dzięki zebranym przez nas poniżej materiałom wideo łatwiej będzie zrozumieć wszystkie zawiłości związane z funkcjonowaniem i instalacją paneli słonecznych.
Jest dostępny i zrozumiały, jak działa fotowoltaiczna bateria słoneczna, we wszystkich szczegółach:
Jak rozmieszczone są panele słoneczne, zobacz następujący film:
Samodzielny montaż panelu słonecznego z fotokomórek:
Każdy element w systemie energii słonecznej domku musi być odpowiednio wybrany. Nieuniknione straty mocy występują na akumulatorach, transformatorach i sterowniku. I muszą zostać zredukowane do minimum, w przeciwnym razie wystarczająco niska wydajność paneli słonecznych zostanie ogólnie zredukowana do zera.
Podczas studiowania materiału pojawiły się pytania A może znasz cenne informacje na temat tego artykułu i możesz przekazać je naszym czytelnikom? Zostaw swój komentarz w polu poniżej.