Come funzionano i pannelli solari. Batteria solare - principio di funzionamento

Le fonti di energia alternative che convertono la luce solare in elettricità stanno diventando sempre più richieste nella vita quotidiana e nell'industria. Sono utilizzati nell'aviazione, nello sviluppo spaziale, nell'elettronica, per creare veicoli rispettosi dell'ambiente. Ma il settore più promettente è considerato quello dell'approvvigionamento energetico degli edifici: alimentazione di elettrodomestici e sistemi di riscaldamento domestico, riscaldamento dell'acqua calda. I vantaggi includono: indipendenza dalla stagione e dalle utenze, possibilità di accumulare riserve di energia, affidabilità e lunga durata. Ma per ottenere il massimo effetto dall'applicazione, è importante conoscere il principio di funzionamento delle batterie e osservare le condizioni per la loro installazione e funzionamento.

I convertitori fotovoltaici o accumulatori solari sono una piastra con le proprietà di un semiconduttore che genera corrente continua quando i raggi luminosi lo colpiscono. La base può essere il silicio (il tipo più comune) e suoi composti con rame, gallio, cadmio, indio, anfora, fotocellule organiche o chimiche, film polimerico.

Ogni materiale ha un proprio coefficiente FEC di luce solare (dal 5 al 30%) e, di conseguenza, produce una certa potenza a parità di intensità del flusso luminoso. Molto dipende dall'area della batteria, un singolo chip semiconduttore produce una piccola quantità di energia, in media è necessario 1 m2 di pannello per ottenere 0,15 kW. L'eccezione sono i composti polimerici multistrato innovativi (cristalli singoli), la loro efficienza raggiunge il 30%, ma questa tecnologia non è ancora disponibile per il consumatore medio.

Oltre alla targa, il circuito della batteria solare comprende dispositivi ausiliari (per la trasmissione, distribuzione e accumulo di energia):

• Inverter o convertitore CC.
• Guida per il funzionamento ininterrotto del sistema di notte o con tempo nuvoloso.
• Regolatore di tensione.
• Regolatore di tracciamento della carica.

A seconda dell'area, vengono utilizzate batterie miniaturizzate a basso consumo (fino a 10 W) o grandi pannelli fissi. I primi sono portatili (popolari per caricare un laptop, calcolatrice, dispositivi mobili). I secondi sono più spesso utilizzati per l'approvvigionamento energetico e il riscaldamento della casa, di solito si trovano sul tetto. Poiché la potenza delle batterie è completamente proporzionale all'intensità solare, è diventato consigliabile posizionare dei pannelli di localizzazione (cambiando l'angolo di posizione, a seconda del movimento del sole). Lo spessore delle opzioni del semiconduttore è insignificante (da 10 micron a 10 cm), ma tenendo conto dei dispositivi ausiliari, i moduli pesano di più, cosa che viene presa in considerazione nel calcolo del carico sulle travi e sulla superficie del tetto.

Principio di conversione fotoelettrica

Per capire come funziona una batteria solare, dovresti ricordare il corso di fisica della scuola. Quando la luce colpisce una piastra di due strati di semiconduttori di diversa conduttività, si verifica l'effetto di transizione pn, gli elettroni del catodo lasciano i loro atomi e vengono catturati a livello dell'anodo. Quando sono collegati al circuito di carico (batteria), rinunciano alla loro energia caricata positivamente e ritornano allo strato n. Questo fenomeno è più comunemente noto come "effetto fotoelettrico esterno" e la lastra a due strati come "fotocellula". Molto spesso viene utilizzato lo stesso materiale: un semiconduttore di base con un certo tipo di conducibilità è ricoperto da uno strato con carica opposta, ma con un'alta concentrazione di droganti.

Questo principio di funzionamento delle celle solari non è cambiato dalla scoperta dell'effetto; È al confine della zona che avviene la transizione elettrone-lacuna. Se esposti alla luce solare in entrambe le direzioni, il movimento di particelle con carica diversa passa, quando il circuito FEP è chiuso, eseguono lavori sul carico. Per un trasferimento completo (raccolta e rimozione di elettroni), viene utilizzato un sistema di contatto (il lato esterno della batteria ricorda una griglia o un pettine e il retro è solitamente solido). Maggiore è l'area di giunzione p-n e il coefficiente di conversione fotoelettrica del semiconduttore, maggiore è la potenza prodotta dal dispositivo. Il fenomeno fisico e il principio di funzionamento non dipendono dalla temperatura dell'aria, solo l'intensità della luce solare è importante. Di conseguenza, il valore dell'efficienza del pannello è influenzato dalle condizioni meteorologiche, dal clima, dalla stagione, dalla latitudine geografica.

Modi per migliorare l'efficienza della batteria

Anche nella Russia centrale, l'installazione di batterie solari si ripaga in 3-5 anni, perché i raggi sono assolutamente gratuiti e disponibili tutto l'anno. Ma per il riscaldamento completo di una casa di 100 m2 di superficie utilizzabile, saranno necessari circa 30 m2 di pannelli. Per migliorare il principio dell'effetto fotoelettrico, si consiglia di eseguire i seguenti lavori:

1. Posizionare le batterie sul lato sud con un angolo di almeno 30°.
2. Non installare pannelli solari all'ombra di alberi ad alto fusto.
3. Una volta ogni 2 anni, pulire la superficie dallo sporco.
4. Installa sistemi di inseguimento solare.

Non vale la pena abbandonare completamente l'approvvigionamento energetico esterno, anche i complessi moderni non sono in grado di accumulare energia sufficiente per rifornire completamente l'edificio durante il maltempo prolungato. È meglio usarli come parte di un sistema combinato.

La luce del sole non solo rende possibile la vita sulla Terra, ma alla fine potrebbe anche diventare un fornitore di una grande quantità di elettricità, senza la quale la civiltà moderna è impensabile. L'uso della luce solare potrebbe non essere diretto, ma sotto forma di fornitura di energia alle turbine.

In questo caso, una serie di specchi concentra l'energia solare su uno scambiatore di calore che vaporizza l'acqua o qualsiasi altro liquido, generando vapore per azionare una turbina convenzionale collegata a un generatore. Tuttavia, è anche possibile la conversione diretta della luce solare in elettricità, ad esempio utilizzando celle solari al silicio.

Una tipica cella solare ha sei strati. La base (base) funge contemporaneamente da polo negativo dell'elemento; lo strato riflettente mantiene la luce all'interno della parte di lavoro dell'elemento, aumentandone l'efficienza elettrica; due strati di silicio arricchito (tipo N e tipo P) formano il nucleo della cella solare. Il silicio di tipo N ha cariche negative libere e il silicio di tipo P ha cariche positive non legate. In assenza di illuminazione, queste cariche si accumulano nella zona di contatto degli strati; quando la luce solare cade sull'elemento, le cariche divergono ai lati. Questo movimento di cariche crea una corrente continua se la cella solare fa parte di un circuito chiuso. Sopra il silicio è protetto da una pellicola trasparente su cui è posizionato il contatto metallico del polo positivo.

Come funziona una cella solare

La luce solare che cade su una cella solare separa le cariche positive e negative, che si accumulano nella zona di contatto tra le piastre di silicio di tipo P e di tipo N. Questa separazione crea una tensione, sotto l'influenza della quale, quando un elemento è collegato a un circuito chiuso, una corrente elettrica inizia a fluire in esso.

Pannelli solari sezionali

I pannelli solari (immagine sopra il testo) generano corrente continua, che può essere convertita in corrente alternata nelle centrali elettriche. L'elettricità in eccesso generata dalle celle solari può essere immagazzinata nelle batterie per un uso successivo.

Pannelli solari nello spazio

Per la maggior parte dei satelliti spaziali, i pannelli solari sono la principale fonte di energia. Queste batterie (foto a destra) sono diverse da quelle usate sulla Terra (foto a sinistra). Mentre le batterie installate vicino alla superficie terrestre devono essere protette dalla pioggia e dalla polvere, quelle che operano nello spazio devono essere protette dalle forti radiazioni cosmiche.

centrale solare termica

La luce solare può fornire calore a una turbina a vapore che aziona un generatore. Una serie di specchi concentra la luce solare sulla torre hub. Il raggio di luce risultante è così intenso che può trasformare il sodio in vapore. Il vapore di sodio viene utilizzato per trasformare l'acqua in vapore, che quindi aziona una turbina.

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: questa idea per molto tempo non ha permesso agli scienziati di dormire. 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 continua, un sistema di pannelli solari per la tua casa avrà un costo molto più modesto rispetto al kit più economico. Ma 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 una scatola dei 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).

Recentemente, sono state sviluppate attivamente tecnologie energetiche alternative. Si tratta di pannelli solari (SB), parchi eolici e una serie di altri dispositivi. I pannelli solari o i cosiddetti pannelli fotovoltaici sono considerati particolarmente promettenti, perché, data la vita quasi eterna del sole, tale energia è inesauribile. Nonostante il loro costo relativamente alto finora, forniscono energia gratuita e pulita. Tuttavia, i prezzi degli SB stanno diminuendo di anno in anno, il che indica grandi prospettive per una loro diffusa introduzione.

Dispositivo a batteria solare

Una batteria solare è un sistema di dispositivi semiconduttori sotto forma di convertitori fotovoltaici che convertono l'energia solare in corrente elettrica continua utilizzando il principio dell'effetto fotoelettrico.

1 - Controllore
2 - Batteria
3 - Invertitore
4 - Modulo
5 - Materiale elettrico

La batteria solare comprende i seguenti elementi:

• , costituito da due strati di materiali con conducibilità diversa. Ad esempio, può essere silicio policristallino o monocristallino con l'inclusione di altri composti chimici per creare il principio dell'effetto fotoelettrico della giunzione p-n. Cioè, un materiale ha una mancanza di elettroni e l'altro ne ha un eccesso.
• , lo strato più sottile di un elemento che resiste al trasferimento di elettroni.
• . Quando è collegato allo strato opposto, la zona barriera viene facilmente superata dagli elettroni. Di conseguenza, appare un movimento ordinato di particelle infette, cioè una corrente elettrica.
• . Fornisce accumulo e conservazione dell'energia.
• . Converte la corrente continua proveniente dal pannello solare in corrente alternata.
• . Fornisce la creazione di una tensione dell'intervallo richiesto nel sistema di batterie solari.

Principio operativo

• La luce solare sotto forma di fotoni di luce colpisce la superficie di una cella solare.
• Quando entrano in collisione con la superficie di un semiconduttore, i fotoni trasferiscono energia agli elettroni del semiconduttore.
• Gli elettroni eliminati dal semiconduttore a seguito dell'impatto superano lo strato protettivo, avendo con sé energia aggiuntiva.
• Di conseguenza, gli elettroni negativi passano nel conduttore n dal conduttore p e gli elettroni positivi fanno la manovra opposta. Tale passaggio è facilitato dai campi elettrici attualmente presenti nei conduttori. Successivamente, aumentano la differenza e la forza delle cariche.

Se la batteria, illuminata dal sole, è chiusa a un certo carico con resistenza R, si osserva la comparsa di una corrente elettrica I. Il suo valore è determinato dalla resistenza del carico, dall'intensità dell'illuminazione e dalla qualità del convertitore fotoelettrico . La potenza P dissipata nel carico è determinata dalla formula P= I*U, dove U indica la tensione ai terminali della batteria.

tipi

A seconda dei materiali utilizzati, i pannelli solari possono essere:

• Pannelli di celle fotovoltaiche monocristalline. Sono efficaci, ma più costosi, l'efficienza è del 14-16%. Gli elementi monocristallini hanno una forma poligonale, per cui è difficile riempire l'intera area;
• Pannelli in silicio amorfo. Tali batterie mostrano una bassa efficienza nell'intervallo del 6-8%. Ma tra le tecnologie di conversione del silicio, hanno l'elettricità più economica;
• I pannelli di tellururo di cadmio sono realizzati sulla base della tecnologia del film. L'applicazione dello strato semiconduttore viene eseguita con uno strato di diverse centinaia di micrometri. L'efficienza è dell'11%, ma rispetto alle batterie al silicio, un watt di potenza è dieci per cento in meno;
• Pannelli basati su semiconduttori CIGS, costituiti da selenio, gallio, indio e rame. L'efficienza di tali pannelli raggiunge il 15%;
• pannelli polimerici. Questa è una specie di batterie a film sottile, il cui principio di funzionamento ricorda la fotosintesi delle piante. Include strato polimerico, strato protettivo, supporto flessibile ed elettrodi in alluminio. Efficienza 5-6%;
• I più comuni per il rapporto ottimale tra efficienza e prezzo sono i pannelli realizzati con celle fotovoltaiche policristalline. La loro efficienza raggiunge il 12-14%.

L'OdV può essere suddiviso condizionatamente anche nelle seguenti tipologie:

• Film sottile o flessibile (a base di tellururo di cadmio, cristallino e amorfo);
• Rigido(dal silicio cristallino, talvolta amorfo);
• Unilaterale(assorbe la luce su un lato);
• Bilaterale(assorbe la luce su entrambi i lati).

Peculiarità

• La carica della batteria alla luce solare debole diminuisce, fornendo energia elettrica al ricevitore elettrico, cioè c'è un lavoro costante nella modalità di carica e scarica. Il controllo è eseguito da un controller speciale.
• SB non necessita di particolari manutenzioni preventive. Potrebbe essere necessario solo spolverare.
• I pannelli possono essere utilizzati anche in inverno, tuttavia, la produttività durante questo periodo diminuisce da una volta e mezza a due volte. Per evitare che la neve si accumuli sui pannelli, dovrebbero essere installati con un angolo di 70 gradi su una collina.
• I pannelli solari sono più adatti per i sistemi off-grid che hanno molti elettrodomestici ad alta efficienza energetica che non sono sempre accesi.

Applicazione

I pannelli solari possono essere utilizzati quasi ovunque:

• Veicoli elettrici.
• Elettronica portatile.
• Calcolatrici, torce, lettori e così via, ovvero ovunque sia necessario ricaricare le batterie di vari elettronica di consumo.
• Aviazione. È così che è stato creato il velivolo Solar Impulse, alimentato solo dall'energia solare.
• Alimentazione per case, scuole, aeroporti e altri edifici. I pannelli solari sono ampiamente utilizzati nelle regioni subtropicali e tropicali dove ci sono molte giornate di sole. Sono particolarmente popolari nei paesi mediterranei.
• utilizzare nello spazio. Gli SB sono installati sulla ISS, installati su satelliti, veicoli spaziali e interplanetari e molto altro.

Vantaggi e svantaggi

Tra i vantaggi ci sono:

• Compatibilità ambientale;
• Durabilità, le celle solari durano diversi decenni;
• Principio di funzionamento semplice. Per questo motivo, non ci sono praticamente guasti nella batteria solare;
• silenziosità;
• Possibilità di lavoro a tempo indeterminato;
• Non c'è bisogno di carburante;
• pubblicità;
• La capacità di cambiare la potenza del sistema.

Tra le carenze si possono notare:

• Bassa efficienza. Abbiamo bisogno di un'ampia area batteria per soddisfare le esigenze anche di una piccola famiglia;
• La complessità dell'assemblaggio e della regolazione del sistema;
• Il costo piuttosto elevato dei pannelli solari, nonché il basso ammortamento dell'impianto.

prospettive

Il desiderio dell'umanità per il rispetto dell'ambiente e il rifiuto del petrolio porteranno all'introduzione di sempre più tecnologie per il risparmio energetico. Ciò significa che i pannelli solari saranno utilizzati ovunque. E la realizzazione di pannelli con maggiore efficienza consentirà:

• Dotare la maggior parte degli edifici di pannelli energetici;
• Montali in auto, strade, robot e numerosi altri dispositivi;
• Installali nei vestiti e persino impiantali in una persona. Gli scienziati sudcoreani hanno già creato una cella solare sottocutanea che è 15 volte più sottile di un capello. Garantisce il buon funzionamento dei dispositivi impiantati nel corpo, ad esempio un pacemaker.

Al giorno d'oggi, quasi tutti possono collezionare e ottenere il proprio fonte di energia solare indipendente(nella letteratura scientifica sono chiamati pannelli fotovoltaici).

Le apparecchiature costose nel tempo sono compensate dall'opportunità di ricevere elettricità gratuita. È importante che i pannelli solari siano una fonte di energia ecologica. Negli ultimi anni i prezzi dei pannelli fotovoltaici sono diminuiti decine di volte e continuano a diminuire, il che indica grandi prospettive per il loro utilizzo.

Nella sua forma classica, tale fonte di elettricità sarà composta dalle seguenti parti: direttamente, una batteria solare (generatore CC), una batteria con un dispositivo di controllo della carica e un inverter che converte la corrente continua in corrente alternata.

Le batterie solari sono costituite da un set celle solari (convertitori fotovoltaici) che convertono direttamente l'energia solare in energia elettrica.

La maggior parte delle celle solari sono realizzate in silicio, che è piuttosto costoso. Questo fatto determinerà l'alto costo dell'energia elettrica, che si ottiene utilizzando i pannelli solari.

Sono comuni due tipi di convertitori fotoelettrici: quelli realizzati in silicio monocristallino e policristallino. Differiscono nella tecnologia di produzione. I primi hanno un'efficienza fino al 17,5% e i secondi - 15%.

Il parametro tecnico più importante di una batteria solare, che ha un impatto importante sull'efficienza dell'intero impianto, è il suo potenza netta. È determinato dalla tensione e dalla corrente di uscita. Questi parametri dipendono dall'intensità della luce solare che cade sulla batteria.

fem (forza elettromotrice) delle singole celle solari non dipende dalla loro area e diminuisce quando la batteria viene riscaldata dal sole, di circa lo 0,4% per 1 g. C. La corrente di uscita dipende dall'intensità della radiazione solare e dalla dimensione delle celle solari. Più luminosa è la luce solare, maggiore è la corrente generata dalle celle solari. La corrente di carica e la potenza di uscita con tempo nuvoloso sono nettamente ridotte. Ciò è dovuto a una diminuzione della corrente fornita dalla batteria.

Se una batteria illuminata dal sole è chiusa a un carico con resistenza Rn, nel circuito appare una corrente elettrica I, il cui valore è determinato dalla qualità del convertitore fotoelettrico, dall'intensità dell'illuminazione e dalla resistenza del carico. La potenza Pn, che viene rilasciata nel carico, è determinata dal prodotto Pn = InUn, dove Un è la tensione ai terminali della batteria.

La massima potenza viene rilasciata nel carico a una resistenza ottimale Ropt, che corrisponde al più alto coefficiente di prestazione (efficienza) di conversione dell'energia luminosa in energia elettrica. Ogni trasduttore ha il proprio valore Ropt, che dipende dalla qualità, dalle dimensioni della superficie di lavoro e dal grado di illuminazione.

Batteria solareè costituito da singole celle solari collegate in serie e in parallelo per aumentare i parametri di uscita (corrente, tensione e potenza). Quando gli elementi sono collegati in serie, la tensione di uscita aumenta, mentre in parallelo, la corrente di uscita aumenta. Per aumentare sia la corrente che la tensione, questi due metodi di connessione sono combinati. Inoltre, con questo metodo di collegamento, il guasto di una delle celle solari non comporta il guasto dell'intera catena, ovvero migliora l'affidabilità dell'intera batteria.

In questo modo, batteria solare è costituita da celle solari collegate in serie parallela. Il valore della massima corrente possibile sprigionata dalla batteria è direttamente proporzionale al numero di collegati in parallelo e fem. - celle solari collegate in serie. Quindi, combinando i tipi di connessione, viene assemblata una batteria con i parametri richiesti.

Le celle solari della batteria sono deviate da diodi. Di solito ce ne sono 4, uno per ogni ¼ parte della batteria. I diodi proteggono le parti della batteria dal guasto, che per qualche motivo si è rivelato oscurato, cioè se a un certo punto la luce non cade su di esse. La batteria genererà temporaneamente il 25% di potenza in meno rispetto a quando l'intera superficie della batteria è esposta alla normale luce solare.

In assenza di diodi, queste celle solari si surriscaldano e si guastano, poiché si trasformano in consumatori di corrente durante il blackout (le batterie vengono scaricate attraverso le celle solari) e quando si utilizzano i diodi, vengono deviate e non scorre corrente attraverso di esse. I diodi dovrebbero essere a bassa resistenza per ridurre la caduta di tensione ai loro capi. Per questi scopi sono stati recentemente utilizzati diodi Schottky.

L'energia elettrica risultante viene immagazzinata nelle batterie e quindi trasferita al carico. - sorgenti di corrente chimica. La batteria si carica quando viene applicato un potenziale maggiore della tensione della batteria.

Il numero di celle solari collegate in serie e in parallelo deve essere tale che la tensione di esercizio fornita alle batterie, tenendo conto della caduta di tensione nel circuito di carica, superi leggermente la tensione delle batterie e la corrente di carico della batteria fornisce la quantità di corrente di carica richiesta.

Ad esempio, per caricare una batteria al piombo-acido da 12 V, è necessario disporre di una batteria solare composta da 36 celle.

In caso di luce solare debole, la carica della batteria diminuisce e la batteria cede energia elettrica al ricevitore elettrico, ad es. Le batterie ricaricabili funzionano costantemente nella modalità di scarica e ricarica.

Questo processo è controllato. La carica ciclica richiede una tensione costante o una corrente di carica costante.

In buona luce, la batteria viene caricata rapidamente al 90% della sua capacità nominale, quindi a una velocità di carica più lenta fino alla piena capacità. Il passaggio a una velocità di carica inferiore è controllato dal controller del caricatore.

Il più efficace è l'uso di batterie speciali - (l'acido solforico è usato come elettrolita nella batteria) e batterie al piombo, che sono realizzate utilizzando la tecnologia AGM. Queste batterie non richiedono condizioni speciali per l'installazione e la manutenzione. La durata del passaporto di tali batterie è di 10 - 12 anni con una profondità di scarica non superiore al 20%. Le batterie non devono mai essere scaricate al di sotto di questo valore, altrimenti la loro vita utile sarà drasticamente ridotta!

La batteria è collegata alla batteria solare tramite un controller che ne controlla la carica. Quando la batteria è carica a piena capacità, al pannello solare viene collegata una resistenza che assorbe la potenza in eccesso.

Per convertire la tensione continua della batteria in una tensione alternata, che può essere utilizzata per alimentare la maggior parte dei ricevitori elettrici insieme ai pannelli solari, è possibile utilizzare dispositivi speciali -.

Senza l'utilizzo di un inverter da batteria solare, è possibile alimentare ricevitori elettrici funzionanti a tensione costante, incl. varie apparecchiature portatili, sorgenti luminose a risparmio energetico, ad esempio, le stesse lampade a LED.