Con i prezzi dell'elettricità in costante aumento, inizierai inevitabilmente a pensare all'utilizzo di fonti naturali per la fornitura di elettricità. Una di queste opportunità sono i pannelli solari per una casa o una residenza estiva. Se lo si desidera, possono fornire completamente tutte le esigenze anche di una casa di grandi dimensioni.

Il dispositivo del sistema di alimentazione da pannelli solari

Convertire l'energia del sole in elettricità è l'idea a lungo ha tenuto svegli gli scienziati. Con la scoperta delle proprietà dei semiconduttori, questo è diventato possibile. I cristalli di silicio sono usati nelle celle solari. Quando la luce solare li colpisce, si forma in essi un movimento diretto di elettroni, che si chiama corrente elettrica. Collegando un numero sufficiente di tali cristalli, otteniamo correnti abbastanza decenti: un pannello con un'area di poco più di un metro (1,3-1,4 m2 con un livello di illuminazione sufficiente può produrre fino a 270 W ( tensione 24 V).

Poiché l'illuminazione varia a seconda del tempo, dell'ora del giorno, non è possibile collegare direttamente i dispositivi ai pannelli solari. Hai bisogno di un intero sistema. Oltre ai pannelli solari, sono necessari:

• Batteria. Durante le ore diurne, sotto l'influenza della luce solare, i pannelli solari producono elettricità per la casa, il cottage. Non sempre viene utilizzato per intero, il suo surplus si accumula nella batteria. L'energia immagazzinata viene consumata dalle intemperie.
• Controllore. Non una parte obbligatoria, ma auspicabile (con fondi sufficienti). Monitora il livello della batteria per evitare una scarica eccessiva o il superamento del livello di carica massimo. Entrambe queste condizioni sono dannose per la batteria, quindi avere un controller prolunga la durata della batteria. Il controller garantisce anche il funzionamento ottimale dei pannelli solari.
• Convertitore da CC a CA (inverter). Non tutti i dispositivi sono progettati per la corrente continua. Molti funzionano con una tensione CA di 220 volt. Il convertitore permette di ottenere una tensione di 220-230 V.

Pannelli solari per la casa - unica parte dell'impianto

Installando pannelli solari per la tua casa o cottage estivo, puoi diventare completamente indipendente dal fornitore ufficiale. Ma per questo è necessario avere un gran numero di batterie, un certo numero di batterie. Un kit che produce 1,5 kW al giorno costa circa $ 1.000. Questo è sufficiente per soddisfare le esigenze di una casa estiva o di una parte dell'attrezzatura elettrica della casa. Un set di pannelli solari per la produzione di 4 kW al giorno costa circa $ 2200, per 9 kW al giorno - $ 6200. Poiché i pannelli solari per la casa sono un sistema modulare, è possibile acquistare un'installazione che soddisfi parte del fabbisogno, aumentandone gradualmente le prestazioni.

Tipi di pannelli solari

Con l'aumento dei prezzi dell'energia, l'idea di utilizzare l'energia solare per generare elettricità sta diventando sempre più popolare. Inoltre, con lo sviluppo della tecnologia, i convertitori solari stanno diventando più efficienti e, allo stesso tempo, più economici. Quindi, se lo desideri, puoi soddisfare le tue esigenze installando pannelli solari. Ma sono di diversi tipi. Scopriamolo.

La batteria solare stessa è costituita da una serie di fotocellule che si trovano in un alloggiamento comune, protetto da un pannello frontale trasparente. Per uso domestico, le fotocellule sono prodotte a base di silicio, poiché è relativamente economico, e gli elementi a base di esso hanno una buona efficienza (circa 20-24%). Sulla base di cristalli di silicio vengono realizzate fotocellule monocristalline, policristalline e a film sottile (flessibili). Alcune di queste fotocellule sono collegate elettricamente tra loro (in serie e/o in parallelo) e portate ai terminali posti sulla custodia.

Le fotocellule sono installate in un alloggiamento chiuso. Il corpo del pannello solare è realizzato in alluminio anodizzato. È leggero e non si corrode. Il pannello frontale è realizzato in vetro resistente, che deve resistere ai carichi di neve e vento. Inoltre, deve avere determinate proprietà ottiche: avere la massima trasparenza per trasmettere il maggior numero possibile di raggi. In generale, una notevole quantità di energia viene persa a causa della riflessione, quindi i requisiti per la qualità del vetro sono elevati ed è anche rivestito con un composto antiriflesso.

Tipi di fotocellule per pannelli solari

I pannelli solari per la casa sono realizzati sulla base di tre tipi di celle di silicio;

Se hai un tetto a falde e la facciata è rivolta a sud o ad est, non ha senso pensare troppo all'area occupata. I moduli policristallini possono essere adatti. A parità di energia prodotta, costano un po' meno.

Come scegliere il giusto sistema di pannelli solari per la tua casa

Ci sono idee sbagliate comuni che ti fanno spendere soldi extra per l'acquisto di apparecchiature eccessivamente costose. Di seguito sono riportati i consigli su come costruire correttamente un sistema di energia solare e non spendere soldi extra.

Cosa comprare

Non tutti i componenti di una centrale solare sono vitali per il funzionamento. Alcune parti possono essere completamente eliminate. Servono ad aumentare l'affidabilità, ma senza di essi il sistema è operativo. La prima cosa da ricordare è di acquistare i pannelli solari a fine inverno, inizio primavera. Innanzitutto, il tempo in questo momento è eccellente, ci sono molte giornate di sole, la neve riflette il sole, aumentando l'illuminazione generale. In secondo luogo, gli sconti sono tradizionalmente annunciati in questo momento. Ulteriori suggerimenti sono:

Se utilizzi solo questi suggerimenti e colleghi solo elettrodomestici che funzionano a tensione costante, un impianto a pannelli solari per la tua casa costerà una cifra molto più modesta rispetto al kit più economico. Ma questo non è tutto. Puoi lasciare parte dell'attrezzatura "per dopo" o addirittura farne a meno.

Di cosa puoi fare a meno

Il costo di un set di pannelli solari per 1 kW al giorno supera i mille dollari. Investimento considerevole. Involontariamente, penserai se ne vale la pena e quale sarà il periodo di ammortamento. Con le tariffe attuali, ci vorrà più di un anno per aspettare che i tuoi soldi vengano rimborsati. Ma i costi possono essere ridotti. Non per la qualità, ma per una leggera diminuzione del comfort di utilizzo del sistema e per un approccio ragionevole alla selezione dei suoi componenti.

Quindi, se il budget è limitato, puoi cavartela con diversi pannelli solari e batterie, la cui capacità è del 20-25% superiore alla carica massima dei pannelli solari. Per il monitoraggio delle condizioni, acquista un orologio per auto che misuri anche la tensione. Ciò ti eviterà di dover misurare la carica della batteria più volte al giorno. Invece, dovrai guardare l'orologio di tanto in tanto. Questo è tutto per cominciare. In futuro, puoi acquistare pannelli solari per la casa, aumentare il numero di batterie. Se lo si desidera, è possibile acquistare un inverter.

Determinare la dimensione e il numero delle fotocellule

I buoni pannelli solari per 12 volt dovrebbero avere 36 celle, per 24 volt - 72 fotocellule. Questa quantità è ottimale. Con meno fotocellule non avrai mai la corrente dichiarata. E questa è l'opzione migliore.

Non dovresti acquistare doppi pannelli solari: rispettivamente 72 e 144 elementi. In primo luogo, sono molto grandi, il che è scomodo durante il trasporto. In secondo luogo, a temperature anormalmente basse, che sperimentiamo periodicamente, sono le prime a fallire. Il fatto è che il film di laminazione durante il gelo diminuisce notevolmente di dimensioni. Su pannelli di grandi dimensioni, a causa dell'elevata tensione, si stacca o addirittura si rompe. La trasparenza è persa, la produttività cade in modo catastrofico. Il pannello è in riparazione.

Il secondo fattore. Su pannelli di grandi dimensioni, lo spessore della scocca e del vetro dovrebbe essere maggiore. Dopotutto, i carichi di vento e neve aumentano. Ma questo non è sempre fatto, poiché il prezzo aumenta in modo significativo. Se vedi un doppio pannello e il prezzo è inferiore a quello di due "normali", è meglio cercare qualcos'altro.

Ancora una volta la scelta migliore è un pannello solare da 12 Volt per la casa, composto da 36 celle fotovoltaiche. Questa è l'opzione migliore, provata dalla pratica.

Specifiche: cosa cercare

Nei pannelli solari certificati sono sempre indicate la corrente e la tensione di esercizio, nonché la tensione a circuito aperto e la corrente di corto circuito. Si noti che tutti i parametri sono generalmente specificati per una temperatura di +25°C. In una giornata di sole sul tetto, la batteria si riscalda a temperature ben al di sopra di questa cifra. Questo spiega la presenza di una tensione di esercizio maggiore.

Prestare attenzione anche alla tensione a circuito aperto. Nelle normali batterie è di circa 22 V. E tutto andrebbe bene, ma se si eseguono lavori sull'apparecchiatura senza spegnere i pannelli solari, la tensione a circuito aperto disabiliterà l'inverter o altre apparecchiature collegate che non sono progettate per tale una tensione. Pertanto, durante qualsiasi lavoro - commutazione di cavi, collegamento/scollegamento di batterie, ecc. ecc. - la prima cosa da fare è spegnere i pannelli solari (togliere i terminali). Dopo aver attraversato il circuito, collegarli per ultimi. Questa procedura ti farà risparmiare un sacco di nervi (e denaro).

Cassa e vetro

I pannelli solari per la casa hanno una custodia in alluminio. Questo metallo non si corrode, con una forza sufficiente ha una piccola massa. Uno scafo normale deve essere assemblato da un profilo che contenga almeno due nervature di irrigidimento. Inoltre, il vetro deve essere inserito in un'apposita scanalatura e non fissato dall'alto. Tutti questi sono segni di qualità normale.

Anche quando si sceglie una batteria solare, prestare attenzione al vetro. Nelle batterie normali, non è liscio, ma strutturato. Al tatto - ruvido, se scorri le unghie, si sente un fruscio. Inoltre, dovrebbe avere un rivestimento di alta qualità che riduca al minimo l'abbagliamento. Ciò significa che nulla dovrebbe riflettersi in esso. Se i riflessi degli oggetti circostanti sono visibili almeno ad una certa angolazione, è meglio trovare un altro pannello.

La scelta della sezione del cavo e le sottigliezze del collegamento elettrico

È necessario collegare i pannelli solari per la casa con un cavo unipolare in rame. La sezione del conduttore del cavo dipende dalla distanza tra il modulo e la batteria:

• distanza inferiore a 10 metri:
  • 1,5 mm2 per pannello solare da 100 W;
  • per due batterie - 2,5 mm2;
  • tre batterie - 4,0 mm2;
• distanza superiore a 10 metri:
  • per collegare un pannello prendiamo 2,5 mm2;
  • due - 4,0 mm2;
  • tre - 6,0 mm2.

Puoi prendere una sezione più grande, ma non inferiore (ci saranno grosse perdite, ma non ne abbiamo bisogno). Al momento dell'acquisto dei fili, prestare attenzione alla sezione effettiva, poiché oggi le dimensioni dichiarate molto spesso non corrispondono a quelle effettive. Per controllare, dovrai misurare il diametro e contare la sezione trasversale (puoi leggere come farlo).

Durante il montaggio del sistema, è possibile eseguire i vantaggi dei pannelli solari utilizzando un cavo multipolare di sezione adeguata e utilizzare un cavo spesso per il meno. Prima di collegarci alle batterie, passiamo tutti i "vantaggi" attraverso diodi o gruppi di diodi con un catodo comune. Ciò impedisce il cortocircuito della batteria (può provocare un incendio) se i cavi tra le batterie e la batteria sono in cortocircuito o rotti.

I diodi utilizzano il tipo SBL2040CT, PBYR040CT. Se questi non vengono trovati, è possibile rimuoverli dai vecchi alimentatori per personal computer. Di solito ci sono SBL3040 o simili. È desiderabile passare attraverso i diodi. Non dimenticare che diventano molto caldi, quindi devi montarli su un radiatore (puoi usarne uno).

Il sistema necessita anche di un blocco fusibili. Uno per ogni utente. Colleghiamo l'intero carico attraverso questo blocco. Innanzitutto, il sistema è molto più sicuro. In secondo luogo, in caso di problemi, è più facile determinarne l'origine (mediante un fusibile bruciato).

Relativamente di recente, l'idea stessa di mettere in sicurezza la proprietà privata era considerata fantastica, oggi questa è una realtà oggettiva. In Europa vengono utilizzati da molto tempo, perché è una fonte quasi inesauribile di energia a basso costo. Nel nostro paese, ottenere elettricità da tali dispositivi sta solo guadagnando popolarità. Questo processo non avviene troppo rapidamente e la ragione di ciò è il loro costo elevato.

Il principio di funzionamento si basa sul fatto che in due wafer di silicio rivestiti con sostanze diverse (boro e fosforo), si forma una corrente elettrica sotto l'azione della luce solare. Nella piastra, che è ricoperta di fosforo, compaiono elettroni liberi.

Le particelle mancanti si formano in quelle piastre che sono ricoperte di boro. Gli elettroni iniziano a muoversi sotto l'azione della luce del sole. Ecco come viene generata la corrente elettrica nei pannelli solari. I sottili fili di rame che ricoprono ciascuna batteria assorbono corrente da essa e la indirizzano allo scopo previsto.

Una piastra può alimentare una piccola lampadina. La conclusione si suggerisce. Affinché i pannelli solari forniscano alla casa elettricità di potenza sufficiente, la loro area deve essere abbastanza grande.

Movimenti in silicone

Quindi, il principio di funzionamento della batteria solare è chiaro. La corrente è generata dall'azione della luce ultravioletta su apposite piastre. Se il silicio viene utilizzato come materiale per creare tali piastre, le batterie vengono chiamate silicio (o silicio idrogeno).

Tali inserti richiedono sistemi di produzione molto complessi. Questo, a sua volta, influisce notevolmente sul costo dei prodotti.

Il silicio sono di diversi tipi.

Convertitori a cristallo singolo

Sono pannelli con angoli smussati. Il loro colore è sempre nero puro.

Se parliamo di convertitori a cristallo singolo, il principio di funzionamento di una batteria solare può essere brevemente descritto come mediamente efficiente. Tutte le celle degli elementi fotosensibili di tale batteria sono dirette in una direzione.

Ciò consente di ottenere il risultato più elevato tra sistemi simili. L'efficienza delle batterie di questo tipo raggiunge il 25%.

Lo svantaggio è che tali pannelli devono sempre essere rivolti verso il sole.

Se il sole si nasconde dietro le nuvole, affonda all'orizzonte o non è ancora sorto, le batterie genereranno una corrente di potenza piuttosto debole.

Policristallino

Le placche di questi meccanismi sono sempre quadrate, blu scuro. La loro composizione superficiale comprende cristalli di silicio disomogenei.

L'efficienza delle batterie policristalline non è così alta come quella dei modelli monocristallini. Può raggiungere il 18%. Tuttavia, questo svantaggio è compensato dai vantaggi, che verranno discussi di seguito.

Il principio di funzionamento di questo tipo di batterie solari consente di realizzarle non solo con silicio puro, ma anche con materiali riciclati. Questo spiega alcuni dei difetti riscontrati nell'apparecchiatura. Una caratteristica distintiva di meccanismi di questo tipo è che possono generare corrente elettrica in modo abbastanza efficiente anche con tempo nuvoloso. Questa utile qualità li rende indispensabili nei luoghi in cui la luce solare diffusa è un evento quotidiano comune.

Pannelli in silicio amorfo

I pannelli amorfi sono più economici di altri, questo determina il principio di funzionamento della batteria solare e il suo design. Ogni pannello è costituito da diversi strati molto sottili di silicio. Sono realizzati spruzzando particelle di materiale sotto vuoto su fogli, vetro o plastica.

L'efficienza dei pannelli è molto inferiore a quella dei modelli precedenti. Raggiunge il 6%. Gli strati di silicio si bruciano rapidamente al sole. Dopo sei mesi di utilizzo di queste batterie, la loro efficienza diminuirà del 15% e talvolta fino al 20%.

Due anni di lavoro esauriranno completamente la risorsa di sostanze attive e il pannello dovrà essere cambiato.

Ma ci sono due vantaggi, per cui queste batterie vengono ancora acquistate. In primo luogo, funzionano anche con tempo nuvoloso. In secondo luogo, come già affermato, non sono costosi come altre opzioni.

Fotoconvertitori di tipo ibrido

Il silicio amorfo è la base per la disposizione dei microcristalli. Il principio di funzionamento della batteria solare la rende simile ad un pannello policristallino. La differenza tra batterie di questo tipo è che sono in grado di generare una corrente elettrica di maggiore potenza in condizioni di luce solare diffusa, ad esempio in una giornata nuvolosa o all'alba.

Inoltre, le batterie funzionano non solo sotto l'influenza della luce solare, ma anche nello spettro infrarosso.

Convertitori solari a film polimerico

Questa alternativa ai pannelli in silicio ha tutte le possibilità di diventare un leader nel mercato dei pannelli solari. Assomigliano a un film composto da più strati. Tra questi si possono distinguere conduttori, uno strato polimerico della sostanza attiva, un substrato composto da sostanze organiche e un film protettivo.

Tali fotocellule, combinate tra loro, formano una cella solare a film del tipo a rullo. Questi pannelli sono più leggeri e compatti dei pannelli in silicone. Nella loro fabbricazione non viene utilizzato silicio costoso e il processo di produzione stesso non è così costoso. Questo rende il pannello avvolgibile più economico di tutti gli altri.

Il principio di funzionamento della batteria solare rende la loro efficienza non troppo elevata.

Raggiunge il 7%.

Il processo di produzione di pannelli di questo tipo si riduce alla stampa multistrato su pellicola fotocellula. La produzione è stabilita in Danimarca.

Un altro vantaggio è la possibilità di tagliare la batteria in rotolo e adattarla a qualsiasi dimensione e forma.

Meno uno solo. Le batterie hanno appena iniziato a essere prodotte, quindi è ancora abbastanza difficile acquisirle.

Ma c'è motivo di credere che questi elementi guadagneranno rapidamente una meritata buona reputazione tra i consumatori, il che darà ai produttori l'opportunità di stabilire una produzione su scala più ampia.

Riscaldare le case con l'energia solare

Il principio di funzionamento li distingue radicalmente da tutti i dispositivi sopra descritti. Questo è un dispositivo completamente diverso. La descrizione segue di seguito.

La parte principale del sistema di riscaldamento solare è un collettore che riceve la sua luce e la converte in energia cinetica. La superficie di questo elemento può variare da 30 a 70 mq.

Una tecnica speciale viene utilizzata per fissare il collettore. Le piastre sono interconnesse da contatti metallici.

Il prossimo componente del sistema è la caldaia di accumulo. Converte l'energia cinetica in energia termica. È coinvolto nel riscaldamento dell'acqua, la cui cilindrata può raggiungere i 300 litri. A volte tali sistemi sono supportati da caldaie a combustibile secco aggiuntive.

L'impianto solare termico è completato da elementi a parete ea pavimento, nei quali il liquido riscaldato circola attraverso sottili tubi di rame distribuiti su tutta la loro superficie. A causa della bassa temperatura di partenza dei pannelli e dell'uniformità del trasferimento di calore, l'ambiente si riscalda abbastanza rapidamente.

Come funziona il riscaldamento solare?

Diamo un'occhiata più da vicino al principio di funzionamento dei pannelli solari dalla luce ultravioletta.

C'è una differenza tra la temperatura del collettore e dell'elemento di accumulo. Il vettore di calore, che è il più delle volte acqua a cui viene aggiunto l'antigelo, inizia a circolare nel sistema. Il lavoro svolto dal fluido è proprio l'energia cinetica.

Quando il liquido passa attraverso gli strati del sistema, l'energia cinetica viene convertita in calore, che viene utilizzato per riscaldare la casa. Questo processo di circolazione del vettore fornisce calore all'ambiente e consente di mantenerlo in qualsiasi momento della giornata e dell'anno.

Quindi, abbiamo scoperto il principio di funzionamento dei pannelli solari.

Batteria solare: dispositivo e principio di funzionamento

Proprio di recente, quando eravamo ancora a scuola, un pannello solare per generare elettricità sembrava qualcosa di fantastico. Ci sembrava che potessero essere usati solo su astronavi. Ma sono passati 20-25 anni e le batterie solari non solo sono apparse negli orologi e nei calcolatori, ma sono già in grado di fornire elettricità a case e cottage privati. E le moderne centrali solari possono fornire elettricità alle piccole città. I pannelli solari sono ampiamente utilizzati nei paesi europei, negli Stati Uniti, in Israele e in altre regioni con un'elevata insolazione solare. E il loro utilizzo consente già notevoli risparmi nella fornitura di elettricità e acqua calda.

L'energia solare può essere convertita in calore ed elettricità. L'uomo ha fatto i primi passi nell'usare l'energia del sole nella direzione di ottenere calore. Possiamo dire che in questo caso non c'è trasformazione. Il principio di funzionamento è semplice. Consiste nella raccolta del calore solare. Pertanto, i dispositivi per questo sono chiamati collettori solari. Il principio di funzionamento di tali installazioni consiste nel raccogliere il calore utilizzando un assorbitore e trasferirlo a un liquido di raffreddamento. Quest'ultimo è acqua o aria. Tali installazioni sono spesso utilizzate per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda di case private. Il secondo caso d'uso è convertirlo in elettricità.

Le piante del nostro pianeta convertono l'energia solare in legami chimici da milioni di anni. Questo processo, chiamato fotosintesi, produce glucosio. Il principio della fotosintesi è noto all'uomo da molto tempo. Leggi di più a riguardo al link fornito.

In questo articolo parleremo della generazione di elettricità utilizzando i pannelli solari. Per questo vengono utilizzate celle fotovoltaiche. Si tratta di semiconduttori a base di silicio che generano una corrente elettrica costante se esposti alla luce. I composti di silicio con cadmio, rame e indio sono usati come materiali per le fotocellule. Inoltre, possono differire nella tecnologia di produzione.

• Monocristallino;
• Policristallino;
• Amorfo.

I pannelli fotovoltaici realizzati con monocristalli di silicio sono considerati i più efficienti e hanno un'elevata efficienza. Le celle solari in silicio policristallino sono più economiche e hanno il costo più basso per watt di elettricità. Esistono anche celle fotovoltaiche a base di silicio amorfo. Sono fatti di loro. Sono prodotti da silicio amorfo. La produzione di tali elementi è più semplice rispetto ai mono e ai policristalli. Di conseguenza, il prezzo è più basso, ma l'efficienza lascia molto a desiderare (5-6%). Inoltre, i pannelli in silicio amorfo hanno una vita utile più breve rispetto ai due tipi precedenti. Per aumentare l'efficienza degli elementi, al silicio vengono aggiunti rame, selenio, gallio e indio.

Le celle fotovoltaiche sono combinate in una batteria solare. Di norma il numero di fotocellule nella batteria è un multiplo di 36, ma ci sono altre opzioni. Oltre alla batteria solare, i sistemi solari includono anche altri dispositivi per accumulare e distribuire elettricità. In particolare si tratta di:

• Batteria (una o più);
• Inverter (converte la tensione da 12 o 24 a 220 volt);
• Controller per controllare la carica-scarica della batteria e fornire energia alla rete.

Di proposito, si possono distinguere due grandi gruppi di dispositivi. Le batterie solari di bassa potenza (fino a dieci watt) vengono utilizzate nei gadget mobili o nei power bank per la ricarica. Più sistemi di alimentazione vengono utilizzati per l'elettrificazione di case private e cottage estivi. Di solito si trovano sui tetti e sulle facciate delle case, meno spesso nelle aree vicine alla casa. Esistono dispositivi che consentono di inseguire il sole e modificare l'angolo di inclinazione a seconda della sua posizione. Vediamo ora come funziona la batteria solare e cosa determina l'efficienza del suo lavoro.

Come funziona una batteria solare?

L'energia solare viene convertita in celle fotovoltaiche collegate in serie. Considera il principio di funzionamento di una batteria solare a livello di celle fotovoltaiche. La base della fotocellula è un cristallo di silicio. I composti di silicio sono molto comuni in natura. Il più famoso è l'ossido di silicio o la sabbia. Un cristallo di silicio può essere semplicemente chiamato un grosso granello di sabbia. I cristalli vengono coltivati ​​artificialmente in laboratorio. Di solito si ottengono in forma cubica e poi su lastre. Lo spessore di queste piastre è di soli 200 micron. È 3-4 volte più spesso di un capello umano.

Sui wafer di silicio risultanti, uno strato di boro viene depositato su un lato e fosforo sull'altro. C'è un eccesso di elettroni nei punti di contatto tra il wafer di silicio e il boro. Dall'altro lato, lungo il bordo del wafer di silicio con il fosforo, mancano gli elettroni. Si formano dei "buchi", come vengono comunemente chiamati. Un tale aggancio di confini con un numero eccessivo di elettroni e la loro mancanza è chiamato giunzione p-n.

Quando la luce solare colpisce le fotocellule della batteria, la loro superficie viene bombardata da fotoni. Eliminano gli elettroni in eccesso all'interfaccia con il fosforo e iniziano a muoversi verso i "buchi" nell'interfaccia con il boro. Quindi, sorge una corrente elettrica, che è un movimento ordinato di elettroni. I percorsi metallici sono collegati alla fotocellula, attraverso la quale viene raccolta la corrente. Questo è il principio di funzionamento di una fotocellula al silicio.

La potenza di una singola cella fotovoltaica è piccola e la tensione è di circa 0,5 volt. Pertanto, vengono combinati in sequenza in batterie da 36 pezzi per ottenere 18 volt in uscita. Questo è sufficiente per caricare una batteria da 12 volt. Qui devi anche tenere conto del fatto che la tensione e la potenza dichiarate saranno solo quando la batteria funzionerà alla massima efficienza, cosa rara in condizioni reali. La batteria assemblata viene posizionata su un supporto, coperto di vetro e sigillato. Il vetro utilizzato deve trasmettere luce ultravioletta, poiché la batteria solare converte anche questa parte dello spettro. Le batterie assemblate possono essere combinate tra loro in serie e catene parallele. Risulta piccolo.

Oggi i pannelli solari sono installati nelle loro case e nei loro cottage per risparmiare elettricità. Tali sistemi solari in miniatura funzionano tutto l'anno. La cosa principale è che la superficie dei pannelli sia pulita e il sole splende. In alcuni casi, la loro efficienza è maggiore in una gelida giornata di sole rispetto a quella estiva. Ciò è dovuto al fatto che il riscaldamento riduce in qualche modo l'efficienza del loro lavoro.

Va notato subito che è impossibile abbandonare completamente l'elettricità dalle reti centralizzate. Ma, installando un pannello solare, sarà possibile risparmiare notevolmente sui costi delle utenze. L'opzione, ovviamente, non è adatta per un appartamento. È normale far funzionare un tale sistema solo in una casa di campagna o in una casa di campagna, dove c'è spazio sufficiente per l'installazione di pannelli solari.

Nelle regioni centrali della Russia, il sistema solare si ripaga in circa 5 anni. Nelle regioni meridionali, il periodo di ammortamento è notevolmente ridotto. I collettori sono spesso installati insieme ai pannelli solari per il riscaldamento di una casa. Ora ci sono collettori solari fabbricati in fabbrica che possono riscaldare l'acqua tutto l'anno.

Per quanto riguarda l'installazione dei pannelli solari, si segnalano i seguenti punti:

• I pannelli devono essere installati sul lato sud del tetto, sulla facciata o sul sito con il lato sud;
• L'angolo di inclinazione corrisponde al valore della latitudine della vostra regione;
• Non dovrebbero esserci oggetti nelle vicinanze che proiettano un'ombra sui pannelli solari;
• La superficie dei pannelli deve essere regolarmente pulita da sporco e polvere;
• È auspicabile utilizzare sistemi con il rilevamento della posizione del sole.

Ora capisci il principio dei pannelli solari e le loro capacità. È chiaro che non si deve abbandonare la fornitura centralizzata di energia elettrica. I moderni sistemi solari non sono ancora in grado di fornire completamente energia alla casa con tempo nuvoloso. Ma come parte di un sistema di alimentazione combinato domestico, sono molto appropriati.

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Sono diventati così diffusi che ogni utente può ordinare componenti e assemblare e installare autonomamente i pannelli fotovoltaici con le proprie mani. Naturalmente, la questione del prezzo rimane rilevante, perché i pannelli solari non sono affatto un'opzione economica, ma sono rispettosi dell'ambiente. E il costo è sempre più basso ogni anno. Quindi tutti devono essersi imbattuti nell'idea di utilizzare una tale fonte di elettricità, ma non tutti sanno come funziona una batteria solare.

Video su come funzionano i pannelli solari

Il principio di funzionamento della batteria solare

Per capire come funziona una batteria solare, devi capire in cosa consiste. Di norma, una fonte di energia solare è composta dalle seguenti parti:

• Generatore di corrente continua(ovvero pannello solare)

• Batteria con controllo di carica e inverter che converte la corrente in corrente alternata

• Nel suo turno il pannello è costituito da convertitori fotovoltaici, che, in parole povere, trasformano l'energia solare in energia elettrica. Molto spesso si tratta di batterie al silicio policristallino o monocristallino. La differenza di efficienza e tecnologia di produzione.

Il principio di funzionamento di una centrale solare è l'interazione sequenziale di più elementi di una singola rete. Gli elementi nel pannello solare sono collegati in serie e in parallelo. Questo viene fatto per aumentare la potenza, la tensione e la corrente. Inoltre, tale connessione proteggerà in caso di guasto di un elemento: il resto delle parti del circuito.

• Le batterie sono anche crivellate di cosiddetti diodi. Il principio di funzionamento dei pannelli solari si basa su questi elementi. Tali diodi proteggono il pannello durante l'oscuramento parziale. Durante tali blackout, la batteria non interrompe il suo lavoro, ma produce un quarto di energia in meno. La linea di fondo è che i diodi non consentono il surriscaldamento delle celle solari, che, durante l'oscuramento, iniziano a consumare elettricità invece di generarla.

• Più lontano l'elettricità è immagazzinata nelle batterie. E poi è già immesso nel sistema. Il punto importante è che il numero di elementi paralleli e collegati in serie nel pannello solare deve essere calcolato in modo tale che la tensione collegata alle batterie superi la tensione della batteria stessa. Anche con il prelievo. In questo caso, la corrente di carico della batteria solare deve fornire una quantità sufficiente di corrente di carica. Questo parametro deve essere preso in considerazione quando .

• Un altro fattore importante nel funzionamento dei pannelli solari è la potenza utile. Esattamente Questo indicatore riflette il rapporto costo-efficacia dell'utilizzo per l'utente. Questa potenza viene calcolata in base alla tensione e alla corrente di uscita dell'impianto. E questi indicatori, a loro volta, dipendono dalla forza della luce solare, che cade direttamente sul pannello. A proposito, temperature troppo elevate per il funzionamento dei pannelli solari non sono utili. Dopotutto, con l'intenso riscaldamento del sole, la cosiddetta forza elettromotrice diminuisce negli elementi elettrogeneratori. Tuttavia, maggiore è l'illuminazione del sole, maggiore è la corrente generata.

Ora alcune formule sul principio di funzionamento dei pannelli solari.

Come funziona un pannello solare? Ad esempio, una batteria solare è chiusa a un carico con una resistenza misurata (Rn). Nel circuito, quindi, c'è corrente (IO). Allo stesso tempo, l'indicatore io si forma in proporzione diretta alla qualità del convertitore nel circuito, alla potenza della luce solare e alla resistenza. Quindi, analizziamo Un. Un- questa è la tensione che si crea ai morsetti dei pannelli solari. Di conseguenza, conoscendo questi indicatori, possiamo calcolare la potenza che appare nel carico sull'impianto: Pn = InUn

Tuttavia, la resistenza ottimale per ogni pannello è diversa e dipende dal livello di efficienza.

• Con tempo nuvoloso, la carica delle batterie, a causa della minore generazione di energia elettrica da parte dei pannelli, diminuisce naturalmente. Durante questo processo, il ricevitore riceve l'elettricità. In altre parole, le batterie sono sempre cariche o scariche. Questo meccanismo di interazione è controllato dal controller.

• Molto spesso, il funzionamento delle batterie in un circuito è progettato in modo tale che siano molto caricare rapidamente fino all'80-90%, quindi impiegare molto tempo per ottenere il resto della carica. Ad oggi, le batterie più efficienti per l'uso in sistemi di alimentazione alternativi sono le batterie al gel. Tali batterie non richiedono manutenzione e sono senza pretese in condizioni operative. In questo caso, la durata di servizio raggiunge solitamente i 10 anni.

Controller, resistore e inverter

• Controllore necessario per collegare le batterie alla rete. Controlla la carica.

• Resistore assorbe la produzione di energia in eccesso.

• invertitore necessario per la normale alimentazione della rete, tranne quando è necessario alimentare ricevitori che funzionano a tensione continua e non alternata.

Naturalmente, è difficile comprendere tutte le complessità del lavoro. Ma speriamo che troverete risposte sulle pagine del nostro sito. Più chiaramente, il funzionamento delle celle solari può essere compreso dai diagrammi grafici.

Probabilmente hai notato che una normale calcolatrice funziona con un'illuminazione minima di qualsiasi lampada. Confrontando le dimensioni della cella solare del calcolatore e del modulo solare standard, la potenza radiante, si può immaginare la prestazione.

E questo non tiene conto dello spettro della luce solare, che è molto più ampio della radiazione visibile della lampada. Ci sono sia infrarossi che ultravioletti. Questo esempio mostra chiaramente come una batteria solare, dall'alba al tramonto, svolga silenziosamente il suo lavoro. Anche se l'efficienza, con tempo nuvoloso, è naturalmente inferiore a quella con tempo soleggiato.

Tuttavia, minore è la temperatura ambiente, maggiore è l'efficienza della batteria solare.

Funzionamento a batteria solare

Al giorno d'oggi, i pannelli solari vengono sempre più utilizzati non nell'industria spaziale, ma nella vita di tutti i giorni per alimentare e caricare dispositivi elettronici portatili. E in alcuni paesi, l'energia solare viene già utilizzata attivamente non solo nei grandi impianti solari industriali. ma anche in mini impianti elettrici domestici. Considera il principio di funzionamento di una batteria solare. Come si converte l'energia luminosa del sole in energia elettrica? A molti può sembrare che il principio di convertire l'energia luminosa in energia elettrica in una batteria solare sia molto difficile da capire per una persona che non ha un'istruzione superiore in questo settore. Tuttavia, non lo è. Consideriamo questo processo in dettaglio usando l'esempio del funzionamento di un convertitore fotovoltaico, che viene utilizzato nelle batterie solari a conversione diretta.

I primi convertitori fotovoltaici furono creati dagli ingegneri Bell Labs nel 1950 appositamente per l'uso nello spazio. Sono basati su elementi semiconduttori. Quando la luce solare li colpisce, si verifica un processo basato sull'effetto foltovoltaico nei semiconduttori disomogenei. convertire l'energia luminosa in energia elettrica. Questa è una trasformazione diretta di un'energia in un'altra, poiché il processo stesso è a uno stadio: non ha trasformazioni intermedie. L'efficienza di tale conversione dipende direttamente dalle proprietà elettriche e fisiche dei semiconduttori, nonché dalla loro fotoconduttività: cambiamenti nella conduttività elettrica di una sostanza quando viene illuminata.

Consideriamo più in dettaglio i processi che si verificano nella giunzione p-n di un semiconduttore quando è esposto alla luce solare. Lascia che ti ricordi che una giunzione p-n è una regione di un semiconduttore in cui il suo tipo di conducibilità cambia da elettrone a lacuna. Quando la luce solare colpisce la transizione nella regione n, a seguito del flusso di cariche, si forma una carica positiva in volume e nella regione p - una carica negativa in volume. Pertanto, sorge una differenza di potenziale nella regione della giunzione p-n. Combinando diversi convertitori fotovoltaici in un certo ordine in un modulo e moduli in una batteria, otteniamo una batteria solare in grado di generare elettricità.

Come funziona una batteria solare

Tutti gli esseri viventi sulla terra sono sorti grazie all'energia del sole. Ogni secondo, un'enorme quantità di energia arriva sulla superficie del pianeta sotto forma di radiazione solare. Mentre stiamo bruciando migliaia di tonnellate di carbone e prodotti petroliferi per riscaldare le nostre case, i paesi più vicini all'equatore stanno languindo nel caldo. Usare l'energia del sole per i bisogni umani è un compito degno per le menti curiose. In questo articolo considereremo la progettazione di un convertitore diretto di luce solare in energia elettrica: una cella solare.

Il sottile wafer è costituito da due strati di silicio con diverse proprietà fisiche. Lo strato interno è puro silicio monocristallino con conducibilità del foro. All'esterno è ricoperto da uno strato molto sottile di silicio "contaminato", ad esempio con una miscela di fosforo. Un solido contatto in metallo viene applicato sul lato posteriore della piastra. Al confine degli strati n e p, a seguito della perdita di carica, si formano zone impoverite con una carica volumetrica positiva non compensata nello strato n e una carica volumetrica negativa nello strato p. Queste zone insieme formano una giunzione p-n.

La potenziale barriera che si forma alla giunzione impedisce il passaggio dei principali portatori di carica, ovvero elettroni dal lato dello strato p, ma passano liberamente portatori minori in direzioni opposte. Questa proprietà delle giunzioni p-n determina la possibilità di ottenere foto-emf quando si irraggiano le celle solari con la luce solare. Quando la SC è illuminata, i fotoni assorbiti generano coppie elettrone-lacuna di non equilibrio. Gli elettroni generati nello strato p vicino alla giunzione p-n si avvicinano alla giunzione p-n e vengono trasportati nella regione n dal campo elettrico esistente in essa.

Allo stesso modo, i fori in eccesso creati nello strato n vengono parzialmente trasferiti allo strato p. Di conseguenza, lo strato n acquisisce una carica negativa aggiuntiva e lo strato p ne acquisisce una positiva. La differenza di potenziale di contatto iniziale tra gli strati p e n del semiconduttore diminuisce e nel circuito esterno appare una tensione. Il polo negativo della sorgente di corrente corrisponde allo strato n e lo strato p al positivo.

La maggior parte delle moderne celle solari ha una singola giunzione p-n. In un tale elemento, i portatori di carica liberi sono creati solo da quei fotoni la cui energia è maggiore o uguale al gap di banda. In altre parole, la risposta fotoelettrica di una singola cella di giunzione è limitata alla parte dello spettro solare la cui energia è superiore al band gap e non vengono utilizzati fotoni di energia inferiore. Questa limitazione può essere superata da strutture multistrato di due o più SC con diversi band gap. Tali elementi sono chiamati multigiunzione, cascata o tandem. Poiché funzionano con una porzione molto più ampia dello spettro solare, hanno una maggiore efficienza di conversione fotovoltaica. In una tipica cella solare multigiunzione, le singole celle fotovoltaiche sono disposte una dietro l'altra in modo tale che la luce solare colpisca per prima la cella con il gap di banda più grande, mentre i fotoni con l'energia più alta vengono assorbiti.

Le batterie non funzionano alla luce del sole, ma in linea di principio alla luce del sole. La radiazione elettromagnetica raggiunge la terra in qualsiasi momento dell'anno. Solo con tempo nuvoloso, viene prodotta meno energia. Ad esempio, abbiamo installato luci autonome a energia solare. Naturalmente, ci sono brevi periodi in cui le batterie non hanno il tempo di caricarsi completamente. Ma in generale, questo non accade così spesso durante l'inverno.

È interessante notare che, anche se la neve cade sul pannello solare, continua comunque a convertire l'energia solare. E a causa del riscaldamento delle fotocellule, la neve stessa si scioglie. Il principio è lo stesso del riscaldamento del vetro di un'auto.

Perfetto clima invernale per una gelida giornata senza nuvole con batteria solare. A volte in questi giorni possono essere organizzati anche record di generazione.

In inverno, l'efficienza del pannello solare diminuisce. A Mosca e nella regione di Mosca, produce in media 8 volte meno elettricità al mese. Diciamo che in estate per il funzionamento di frigorifero, computer e illuminazione a soffitto in casa è necessario 1 kW di energia, quindi in inverno è meglio fare scorta di 2 kW per affidabilità.

Allo stesso tempo, in Estremo Oriente, la durata del sole è più lunga, l'efficienza è ridotta solo da una volta e mezza a due volte. E, naturalmente, più a sud, minore è la differenza tra inverno ed estate.

Anche l'angolo di inclinazione dei moduli è importante. È possibile impostare l'angolo universale per l'intero anno. E puoi cambiare ogni volta, a seconda della stagione. Questo non viene fatto dai proprietari della casa, ma da specialisti che visitano il sito.

Il principio di funzionamento della batteria solare e le loro tipologie

L'energia solare è utilizzata nell'industria e nella vita di tutti i giorni in molte parti del mondo. Il principio di funzionamento della batteria solare è semplice e questa è una delle qualità di questa tecnologia, che attira un gran numero di persone. Una cella fotovoltaica in silicio aiuta a convertire la luce solare in elettricità. Gli elettroni liberi diventano una fonte di corrente elettrica.

Dopo aver capito come funziona una batteria solare, puoi facilmente progettarla da solo e utilizzarla per le tue esigenze personali. Queste batterie sono affidabili, facili da usare e durevoli. Il vantaggio di un tale dispositivo è che può essere di dimensioni diverse a seconda della quantità di energia richiesta.

Vale la pena evidenziare l'individuo tipi di pannelli solari. pannelli a film sottile, monocristallini e policristallini. Il tipo più popolare di batterie sono monocristalline. Grazie all'effetto fotoelettrico delle celle in silicone, l'energia solare viene convertita in energia elettrica. Tali batterie sono generalmente abbastanza compatte, poiché trentasei celle sono considerate il numero ottimale di celle al loro interno. Queste batterie sono ideali per l'installazione su superfici irregolari.

Il principio di funzionamento di una batteria solare per un tipo domestico non è molto diverso. Grazie al robusto alloggiamento in fibra di vetro, tali batterie possono essere utilizzate per generare energia sulle navi. Con il loro aiuto, puoi garantire il funzionamento dell'apparecchiatura e ricaricare la batteria. Tale installazione non funzionerà efficacemente con tempo nuvoloso. Ci sono anche determinati limiti di temperatura ai quali puoi ottenere la maggior parte dell'energia.

Sono molto richiesti batterie a film sottile. Il principio di funzionamento di questo tipo di batteria solare consente di installarlo ovunque. Queste batterie non richiedono luce solare diretta. Inoltre, queste batterie funzioneranno con molta polvere. Lo svantaggio di tali batterie solari sono le loro grandi dimensioni, il che rende necessario allocare una vasta area per tali installazioni.

Fonti: super-alternatiwa.narod.ru, scsiexplorer.com.ua, howitworks.iknowit.ru, recyclemag.ru, energorus.com

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