Come funziona una batteria solare? Pannelli solari

IN Ultimamente Le tecnologie per la produzione di energia alternativa si stanno sviluppando attivamente. Si tratta di pannelli solari (SB), stazioni eoliche e una serie di altri dispositivi. Particolarmente promettenti sono considerati i pannelli SB o i cosiddetti pannelli fotovoltaici, perché tenendo conto della vita quasi eterna del sole, tale energia è inesauribile. Nonostante il loro costo ancora relativamente elevato, forniscono energia gratuita ed ecologica. Tuttavia, i prezzi degli SB diminuiscono anno dopo anno, il che indica grandi prospettive per una loro implementazione diffusa.

Installazione di pannelli solari

Una batteria solare è un sistema di dispositivi a semiconduttore sotto forma di convertitori fotovoltaici che convertono l'energia solare in energia CC. elettricità utilizzando il principio dell’effetto fotoelettrico.

1 - Controllore
2 - Batteria
3 - Invertitore
4 - Modulo
5 — Apparecchiature elettriche

La batteria solare comprende i seguenti elementi:

• , costituito da due strati di materiali con conduttività diversa. Ad esempio può essere silicio policristallino o monocristallino con l'inclusione di altri composti chimici per creare il principio effetto fotoelettrico p-n transizione. Cioè, un materiale ha una carenza di elettroni e l'altro un eccesso.
• , lo strato più sottile di un elemento che resiste al trasferimento di elettroni.
• . Quando è collegata allo strato opposto, la zona barriera viene facilmente superata dagli elettroni. Il risultato è un movimento ordinato di particelle infette, cioè una corrente elettrica.
• . Fornisce accumulo e conservazione dell'energia.
• . Converte la corrente continua proveniente dalla batteria solare in corrente alternata.
• . Garantisce che il sistema di batterie solari crei una tensione dell'intervallo richiesto.

Principio operativo

• La luce solare sotto forma di fotoni luminosi colpisce la superficie della cella solare.
• Quando i fotoni collidono con la superficie di un semiconduttore, trasferiscono energia agli elettroni del semiconduttore.
• Gli elettroni espulsi dal semiconduttore a causa di un impatto superano lo strato protettivo, portando con sé ulteriore energia.
• Di conseguenza, gli elettroni negativi si spostano nel conduttore n dal conduttore p e gli elettroni positivi eseguono la manovra opposta. Questa transizione è facilitata dai campi elettrici, che questo momento disponibile in conduttori. Successivamente, aumentano la differenza e la forza delle cariche.

Se una batteria illuminata dal sole viene chiusa a un determinato carico con una 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 della fotoelettrico convertitore. La potenza P rilasciata 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 costituiti da celle fotovoltaiche monocristalline. Sono efficaci, ma più costosi, l'efficienza è del 14-16%. Gli elementi monocristallini hanno una forma poligonale, rendendo difficile riempire l'intera area;
• Pannelli da silicio amorfo. Tali batterie dimostrano una bassa efficienza compresa tra il 6 e l'8%. Ma tra le tecnologie dei convertitori al silicio, hanno la potenza più economica;
• I pannelli in tellururo di cadmio sono realizzati sulla base della tecnologia del film. Lo strato semiconduttore viene applicato in uno strato di diverse centinaia di micrometri. L'efficienza è dell'11%, ma rispetto alle batterie al silicio un watt di potenza costa dieci volte meno;
• Pannelli basati su semiconduttori CIGS, costituiti da selenio, gallio, indio e rame. L'efficienza di tali pannelli raggiunge il 15%;
• Pannelli polimerici. Si tratta di un tipo di batteria a film sottile il cui principio di funzionamento è simile alla fotosintesi delle piante. Include uno strato polimerico, uno strato protettivo, un substrato flessibile ed elettrodi in alluminio. Efficienza 5-6%;
• Il più comune a causa di rapporto ottimale Efficienza e prezzi sono pannelli costituiti da celle fotovoltaiche policristalline. La loro efficienza raggiunge il 12-14%.

SB può anche essere suddiviso nelle seguenti tipologie:

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

Peculiarità

• La carica della batteria diminuisce in caso di luce solare debole, cedendo energia elettrica, cioè, va Lavoro a tempo pieno in modalità di carica e scarica. Il controllo viene eseguito da un controller speciale.
• SB non richiede alcuna speciale lavoro preventivo. Potrebbe richiedere solo la spolverata.
• I pannelli possono essere utilizzati in inverno, ma la produttività durante questo periodo diminuisce da una volta e mezza a due volte. Per evitare l'accumulo di neve sui pannelli, è necessario installarli con un angolo di 70 gradi su una superficie rialzata.
• Pannelli solari più adatto per sistemi autonomi, in cui sono presenti molti elettrodomestici ad alta efficienza energetica che non sono costantemente accesi.

Applicazione

Le batterie solari possono essere utilizzate quasi ovunque:

• Auto elettrica.
• Elettronica portatile.
• Calcolatrici, torce elettriche, lettori e così via, cioè ovunque sia necessaria la ricarica delle batterie dei vari elettrodomestici.
• Aviazione. È così che è stato creato l'aereo Solar Impulse, che funziona solo con energia solare.
• Fornitura di energia per case, scuole, aeroporti e altri edifici. I pannelli solari sono ampiamente utilizzati nelle regioni subtropicali e tropicali dove ci sono molte giornate soleggiate. Sono particolarmente popolari nei paesi del Mediterraneo.
• 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:

• Rispetto dell'ambiente;
• Durata, le fotocellule durano diversi decenni;
• Principio di funzionamento semplice. Grazie a ciò non si verificano praticamente guasti alla batteria solare;
• Silenzio;
• Possibilità di lavoro a tempo indeterminato;
• Nessun carburante necessario;
• Disponibilità pubblica;
• Possibilità di modificare la potenza del sistema.

Tra gli svantaggi ci sono:

• Bassa efficienza. Per soddisfare le esigenze anche di una piccola famiglia è necessaria un'ampia area di batteria;
• Difficoltà nell'assemblare il sistema e nel configurarlo;
• Abbastanza alto prezzo pannelli solari, nonché un basso ritorno sull'investimento del sistema.

Prospettive

Il desiderio di rispetto dell’ambiente da parte dell’umanità e l’abbandono del petrolio porteranno all’introduzione di sempre più tecnologie a risparmio energetico. Ciò significa che i pannelli solari verranno utilizzati ovunque. E la realizzazione di pannelli con maggiore efficienza consentirà:

• Dotare la maggior parte degli edifici di pannelli energetici;
• Installali in automobili, 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 funzionamento ininterrotto dei dispositivi impiantati nel corpo, ad esempio un pacemaker.

Oggi tutti conoscono il concetto di energia alternativa. Non è più un segreto che le riserve di petrolio, gas e altri tipi di combustibile sulla Terra non sono illimitate, quindi scienziati e ingegneri continuano a cercare modi per utilizzare in modo efficace le risorse rinnovabili per produrre l’elettricità tanto necessaria. IN l'anno scorso le celle solari non sono più esotiche, utilizzate solo nei veicoli spaziali, si sono diffuse per l'alimentazione elettrica di edifici, automobili, alimentazione autonoma di piccoli elettrodomestici ed elettronica. Poiché il sole è un'enorme fonte di energia disponibile a tutti, è utile sapere come convertire la luce in elettricità o come funziona un pannello solare.

Il principio di funzionamento di una batteria solare

Questo dispositivo, chiamato anche pannello solare, è costituito da un insieme di dispositivi collegati In un certo modo convertitori fotoelettrici, che includono due strati di semiconduttori con vari tipi conduttività – p e n. Il silicio con determinate impurità viene spesso utilizzato come sostanza con tali proprietà. Quando si aggiunge fosforo, nella struttura risultante appare un eccesso di elettroni (cariche negative) e si forma un semiconduttore di tipo n, e quando si aggiunge boro, si forma un semiconduttore di tipo p, caratterizzato da una mancanza di elettroni o la presenza di buchi. Se posizioni questi strati tra due elettrodi come mostrato nell'immagine e fornisci accesso alla luce a quello superiore, otterrai un convertitore fotoelettrico.

Quando un elemento è illuminato, assorbe parte dell'energia incidente, generando un'ulteriore generazione di lacune ed elettroni. Il campo elettrico esistente in giunzione p-n e, i primi si spostano nella regione p e i secondi nella regione n. In questo caso, le cariche positive si accumulano sull'elettrodo inferiore, le cariche negative si accumulano sull'elettrodo superiore, cioè si verifica una differenza di potenziale - una tensione costante U. Pertanto, il convertitore fotoelettrico funziona come fonte di forza elettromotrice (EMF) - piccola batteria. Se ad esso è collegato un carico, nel circuito apparirà una corrente I, il cui valore dipenderà dal tipo di fotocellula, dalle sue dimensioni, dall'intensità della radiazione solare e dalla resistenza dei consumatori collegati. La fem della batteria diminuisce all'aumentare della temperatura di circa 0,4%/°C. Pertanto, per un funzionamento efficiente e duraturo, il pannello deve essere raffreddato mediante ventilatori o sistemi ad acqua.

Il parametro più importante di una fonte di energia solare è la potenza P=UI. Naturalmente, la corrente e la tensione ottenute come risultato del funzionamento di una fotocellula sono piccole, quindi nella batteria sono combinate in un certo modo per aumentare questi indicatori. Se colleghi i convertitori in serie, il totale tensione di uscita sarà proporzionale al loro numero. Connessione parallela i singoli elementi portano ad un aumento della corrente. Combinando entrambi i tipi di connessioni in un certo modo, come mostrato in figura, si ottengono i parametri di uscita richiesti della batteria, e quindi la sua potenza.

Quando si accende una batteria, non tutta l'energia della radiazione solare viene convertita in elettricità: parte di essa viene riflessa e utilizzata anche per riscaldare gli elementi. La maggior parte dei pannelli fotovoltaici prodotti in commercio hanno un'efficienza del 9-24%. È anche importante sapere come funziona il pannello solare in condizioni in cui alcune celle sono oscurate. IN in questo caso i convertitori che non sono esposti alla luce solare diventeranno consumatori di energia e si surriscalderanno. Pertanto i gruppi di fotocellule vengono deviati con diodi a bassa resistenza, impedendo il passaggio di corrente attraverso i componenti oscurati della batteria. Il pannello funzionerà con meno energia.

Conversione dell'energia ottenuta utilizzando pannelli solari

Le celle fotovoltaiche producono tensione costante, ma molti tipi di apparecchiature sono alimentate da tensione alternata, che richiede la presenza di appositi convertitori. Inoltre, i pannelli solari producono elettricità durante il giorno e il suo consumo avviene 24 ore su 24, pertanto sono necessari componenti aggiuntivi che immagazzineranno e distribuiranno energia. Consideriamo un esempio del sistema di alimentazione di un edificio che utilizza fonti solari: un piccolo impianto ad energia solare, la cui struttura è mostrata nella figura.

Questo schema può funzionare in edifici dove è presente una rete elettrica e la batteria solare viene utilizzata per risparmiare energia, nonché come fonte di backup quando quella principale è spenta. Il principio generale di funzionamento del sistema è il seguente: la tensione continua generata dai convertitori fotoelettrici viene fornita a un inverter, che la converte in tensione alternata, e alle batterie che, una volta caricate sotto il controllo di uno speciale controller, accumulano energia .

In questo caso, gli elettrodomestici della casa si dividono in ridondanti - quelli per i quali un'interruzione di corrente può portare a conseguenze indesiderabili (frigorifero, sistemi di videosorveglianza, sistemi di allarme) e non ridondanti - tutto il resto. Quando la rete è disconnessa, l'inverter alimenta i dispositivi ridondanti dalla batteria solare e, se l'energia da essa fornita non è sufficiente, dalle batterie. Quando la rete è connessa, l’elettricità generata dai pannelli va prima a caricarli. E quando questa non è più necessaria, l'inverter converte la tensione continua in tensione alternata, dalla quale viene alimentato il carico. Ciò consente di risparmiare consumo dalla fonte principale.

Le batterie solari possono essere utilizzate senza l'attrezzatura aggiuntiva considerata per l'alimentazione o la ricarica portatile tecnologia elettronica, offerto da Tensione CC, ad esempio, calcolatrici, lettori, torce elettriche, dispositivi mobili.

Oltre all’elettricità, il calore può essere ottenuto direttamente dall’energia luminosa. A questo scopo vengono utilizzati i collettori solari. Considerando che oggi ci sono tendenze nella riduzione del costo dei convertitori fotoelettrici e nell'aumento della loro efficienza, in generale, l'energia solare è una direzione promettente che consente silenziosi e rispettosi dell'ambiente in modo pulito ricevere elettricità gratuita, nonché calore per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda.

Convertire efficacemente i raggi del sole in energia che può essere utilizzata per alimentare case e altre strutture è il sogno accarezzato da molti sostenitori dell’energia verde.

Ma il principio di funzionamento della batteria solare e la sua efficienza sono tali che non è ancora necessario parlare dell'elevata efficienza di tali sistemi. Sarebbe bello avere una propria fonte aggiuntiva di elettricità. Non è questo? Inoltre, anche oggi in Russia, con l'aiuto dei pannelli solari, un numero considerevole di famiglie private viene rifornita con successo di elettricità “gratuita”. Non sai ancora da dove cominciare?

Di seguito ti parleremo della progettazione e dei principi di funzionamento di un pannello solare; imparerai da cosa dipende l'efficienza di un sistema solare. E i video pubblicati nell'articolo ti aiuteranno a montare un pannello solare da fotocellule con le tue mani.

Nell'oggetto " energia solare“Ci sono molte sfumature e confusione. All'inizio è spesso difficile per i principianti comprendere tutti i termini non familiari. Ma senza questo, è irragionevole dedicarsi all'energia solare, acquistando attrezzature per generare corrente “solare”.

Inconsapevolmente, non solo puoi scegliere il pannello sbagliato, ma anche semplicemente bruciarlo quando lo colleghi o estrarre troppo poca energia da esso.

Il massimo rendimento di un pannello solare si ottiene solo conoscendo come funziona, di quali componenti e assemblaggi è composto e come è tutto collegato correttamente

Per prima cosa devi capire varietà esistenti apparecchiature per l'energia solare. Pannelli solari e collettori solari sono due fondamentali diversi dispositivi. Entrambi convertono l'energia dei raggi solari.

Tuttavia, nel primo caso, il consumatore riceve energia elettrica in uscita e nel secondo energia termica sotto forma di liquido di raffreddamento riscaldato.

La seconda sfumatura è il concetto del termine “batteria solare”. In genere, la parola “batteria” si riferisce a qualche tipo di dispositivo di accumulo elettrico. Oppure mi viene in mente un banale radiatore per il riscaldamento. Nel caso delle batterie solari, invece, la situazione è radicalmente diversa. Non accumulano nulla in se stessi.

Il pannello solare genera una corrente elettrica costante. Per convertirlo in variabile (utilizzato nella vita di tutti i giorni), nel circuito deve essere presente un inverter

I pannelli solari sono progettati esclusivamente per generare corrente elettrica. Questa, a sua volta, viene accumulata per fornire elettricità alla casa durante la notte, quando il sole tramonta sotto l’orizzonte, già nelle batterie presenti anche nel circuito di alimentazione energetica della struttura.

La batteria qui è intesa nel contesto di un certo insieme di componenti simili assemblati in un unico insieme. In realtà si tratta solo di un pannello di più fotocellule identiche.

Struttura interna di una batteria solare

A poco a poco, i pannelli solari stanno diventando più economici ed efficienti. Ora vengono utilizzati per ricaricare le batterie dei lampioni, degli smartphone, delle auto elettriche, delle case private e dei satelliti nello spazio. Hanno persino iniziato a costruire veri e propri impianti di energia solare (SPP) con grandi volumi di produzione.

Una batteria solare è composta da numerose fotocellule (convertitori fotoelettrici) che convertono l'energia dei fotoni del sole in elettricità

Ogni batteria solare è progettata come un blocco di un certo numero di moduli, che combinano fotocellule a semiconduttore collegate in serie. Per comprendere i principi di funzionamento di tale batteria, è necessario comprendere il funzionamento di questo collegamento finale nel dispositivo a pannello solare, creato sulla base di semiconduttori.

Tipi di cristalli di fotocellule

Esistono opzioni per FEP da diversi elementi chimici grande quantità. Tuttavia, la maggior parte di essi sono sviluppi nelle fasi iniziali. IN scala industriale Attualmente vengono prodotti solo pannelli costituiti da fotocellule a base di silicio.

I semiconduttori di silicio vengono utilizzati nella produzione di celle solari a causa del loro basso costo e non possono vantare un'efficienza particolarmente elevata

Una tipica fotocellula in un pannello solare è un sottile wafer formato da due strati di silicio, ciascuno dei quali ha le proprie proprietà fisiche. Questo è un classico giunzione p-n del semiconduttore con coppie elettrone-lacuna.

Quando i fotoni colpiscono la cella fotovoltaica tra questi strati semiconduttori, a causa della disomogeneità del cristallo, si forma una foto-EMF di gate, che dà luogo ad una differenza di potenziale e ad una corrente di elettroni.

I wafer di silicio delle celle solari differiscono nella tecnologia di produzione in:

1. Monocristallino.
2. Policristallino.

I primi ne hanno di più alta efficienza, ma il costo della loro produzione è superiore a quello di questi ultimi. Esternamente, un'opzione di un pannello solare si distingue dall'altra per la sua forma.

Le celle solari monocristalline hanno una struttura omogenea; sono realizzate sotto forma di quadrati con angoli tagliati. Al contrario, gli elementi policristallini hanno una forma rigorosamente quadrata.

I policristalli si ottengono mediante raffreddamento graduale del silicio fuso. Questo metodo è estremamente semplice, motivo per cui tali fotocellule sono economiche.

Ma la loro produttività in termini di generazione di elettricità dai raggi solari raramente supera il 15%. Ciò è dovuto alla “impurità” dei wafer di silicio risultanti e alla loro struttura interna. Qui, quanto più puro è lo strato di silicio p, tanto maggiore è l'efficienza della cella solare che ne deriva.

La purezza dei singoli cristalli a questo proposito è molto superiore a quella degli analoghi policristallini. Non sono realizzati con cristalli di silicio solido fuso, ma coltivati ​​artificialmente. Il coefficiente di conversione fotoelettrica di tali celle solari raggiunge già il 20-22%.

IN modulo comune le singole celle solari sono assemblate su un telaio in alluminio e per proteggerle sono ricoperte superiormente da un vetro resistente, che non interferisce in alcun modo con i raggi del sole

Lo strato superiore della piastra della fotocellula rivolto verso il sole è costituito dallo stesso silicio, ma con l'aggiunta di fosforo. È quest'ultimo che sarà la fonte degli elettroni in eccesso nel sistema di giunzione pn.

Principio di funzionamento del pannello solare

Quando la luce solare colpisce una fotocellula, al suo interno vengono generate coppie elettrone-lacuna non in equilibrio. Gli elettroni e le lacune in eccesso vengono parzialmente trasferiti attraverso la giunzione pn da uno strato del semiconduttore all'altro.

Di conseguenza, la tensione appare nel circuito esterno. In questo caso si forma un polo positivo della sorgente di corrente sul contatto dello strato p e un polo negativo sullo strato n.

La differenza di potenziale (tensione) tra i contatti della fotocellula appare a causa di un cambiamento nel numero di "buchi" e di elettroni con lati diversi Giunzione p-n come risultato dell'irradiazione dello strato n con i raggi solari

Le fotocellule collegate ad un carico esterno sotto forma di batteria formano con esso un circolo vizioso. Di conseguenza, il pannello solare funziona come una sorta di ruota lungo la quale gli elettroni “corrono” insieme tra le proteine. E la batteria si carica gradualmente.

I convertitori fotovoltaici al silicio standard sono celle a giunzione singola. Il flusso di elettroni in essi avviene solo attraverso una giunzione p-n con una zona di questa transizione limitata nell'energia dei fotoni.

Cioè, ciascuna di queste fotocellule è in grado di generare elettricità solo da uno spettro ristretto di radiazione solare. Tutta l'altra energia viene sprecata. Ecco perché l’efficienza della FEP è così bassa.

Per aumentare l'efficienza delle celle solari, recentemente hanno iniziato a realizzare elementi semiconduttori in silicio multigiunzione (cascata). Ci sono già diverse transizioni nelle nuove celle solari. Inoltre, ciascuno di essi in questa cascata è progettato per il proprio spettro di luce solare.

Alla fine aumenta l'efficienza totale della conversione dei fotoni in corrente elettrica per tali fotocellule. Ma il loro prezzo è molto più alto. In questo caso, o facilità di produzione con costi contenuti e bassa efficienza, oppure rendimenti più elevati abbinati a costi elevati.

Il pannello solare può funzionare sia in estate che in inverno (ha bisogno di luce, non di calore): meno nuvoloso e luminoso è il sole, maggiore sarà la corrente elettrica generata dal pannello solare

Durante il funzionamento la fotocellula e l'intera batteria si riscaldano gradualmente. Tutta l'energia che non è stata utilizzata per generare corrente elettrica viene trasformata in calore. Spesso la temperatura sulla superficie del pannello solare sale fino a 50–55 0 C. Ma più è alta, meno efficiente funziona la cella fotovoltaica.

Di conseguenza, lo stesso modello di batteria solare genera meno corrente nella stagione calda che nella stagione fredda. Le fotocellule mostrano la massima efficienza in una limpida giornata invernale. Ci sono due fattori in gioco qui: molto sole e raffreddamento naturale.

Inoltre, se cade la neve sul pannello, questo continuerà comunque a generare elettricità. Inoltre, i fiocchi di neve non avranno nemmeno il tempo di stenderci sopra, essendosi sciolti per il calore delle fotocellule riscaldate.

Efficienza della batteria solare

Una fotocellula, anche a mezzogiorno con tempo sereno, produce pochissima elettricità, sufficiente solo per azionare una torcia a LED.

Aumentare potenza di uscita, più celle solari vengono combinate secondo circuito parallelo per aumentare la tensione costante e in serie per aumentare la corrente.

L’efficienza dei pannelli solari dipende da:

• temperatura dell'aria e della batteria stessa;
• corretta selezione della resistenza di carico;
• angolo di incidenza della luce solare;
• presenza/assenza di rivestimento antiriflesso;
• potenza del flusso luminoso.

Più bassa è la temperatura esterna, più efficiente è il funzionamento delle fotocellule e della batteria solare nel suo complesso. Tutto è semplice qui. Ma con il calcolo del carico la situazione è più complicata. Va selezionato in base alla corrente fornita dal pannello. Ma il suo valore varia a seconda dei fattori meteorologici.

I pannelli solari vengono prodotti con una tensione di uscita multipla di 12 V: se è necessario fornire 24 V alla batteria, sarà necessario collegare ad essa due pannelli in parallelo

Monitorare costantemente i parametri di una batteria solare e regolarne manualmente il funzionamento è problematico. Per fare ciò, è meglio utilizzare un controller di controllo, che Modalità automatica lui stesso regola le impostazioni del pannello solare per ottenere massima performance e modalità operative ottimali.

L'angolo di incidenza ideale dei raggi solari su una batteria solare è dritto. Tuttavia, se la deviazione è entro 30 gradi dalla perpendicolare, l'efficienza del pannello diminuisce solo del 5% circa. Ma con un ulteriore aumento di questo angolo, verrà riflessa una percentuale crescente della radiazione solare, riducendo così l’efficienza della cella solare.

Se si vuole che la batteria produca la massima energia in estate, allora dovrebbe essere orientata perpendicolarmente alla posizione media del Sole, che occupa negli equinozi in primavera e autunno.

Per la regione di Mosca, si tratta di circa 40–45 gradi rispetto all'orizzonte. Se è necessario il massimo in inverno, il pannello deve essere posizionato in una posizione più verticale.

E ancora una cosa: polvere e sporco riducono notevolmente le prestazioni delle fotocellule. I fotoni semplicemente non li raggiungono attraverso una barriera così "sporca", il che significa che non c'è nulla da convertire in elettricità. I pannelli devono essere lavati regolarmente oppure posizionati in modo che la polvere venga rimossa dalla sola pioggia.

Alcuni pannelli solari sono dotati di lenti integrate per concentrare la radiazione sulla cella solare. Con tempo sereno ciò porta ad una maggiore efficienza. Tuttavia, in caso di nuvole pesanti, queste lenti causano solo danni.

Se un pannello convenzionale in una situazione del genere continua a generare corrente, anche se in volumi più piccoli, il modello dell'obiettivo smetterà di funzionare quasi completamente.

I pannelli devono essere installati in modo che non vi siano alberi, edifici o altri ostacoli nel percorso dei raggi solari.

Schema di alimentazione dell'energia solare della casa

Il sistema di alimentazione solare comprende:

1. Pannelli solari.
2. Controllore.
3. Batterie.

Il controller in questo circuito protegge sia i pannelli solari che le batterie. Da un lato impedisce il flusso di correnti inverse di notte e in caso di tempo nuvoloso e dall'altro protegge le batterie da un eccessivo caricamento/scaricamento.

Le batterie ricaricabili per i pannelli solari dovrebbero essere scelte uguali per età e capacità, altrimenti il ​​caricamento/scaricamento avverrà in modo non uniforme, il che porterà ad una netta riduzione della loro durata

È necessario un inverter per trasformare 12, 24 o 48 Volt CC in 220 Volt CA. Batterie per auto Non è consigliabile utilizzarli in un circuito di questo tipo a causa della loro incapacità di sopportare ricariche frequenti. È meglio spendere soldi e acquistare speciali batterie all'elio AGM o OPzS allagate.

Conclusioni e video utile sull'argomento

I principi di funzionamento e gli schemi di collegamento dei pannelli solari non sono troppo difficili da comprendere. E con i materiali video che abbiamo raccolto di seguito, sarà ancora più facile comprendere tutte le complessità del funzionamento e dell'installazione dei pannelli solari.

È accessibile e comprensibile il funzionamento di una batteria solare fotovoltaica, in tutti i suoi dettagli:

Come funzionano i pannelli solari:

Assemblaggio pannello solare fai da te da fotocellule:

Ogni elemento del sistema di alimentazione solare di una villetta deve essere selezionato correttamente. Si verificano inevitabili perdite di potenza nelle batterie, nei trasformatori e nel controller. E devono essere ridotti al minimo, altrimenti il ​​rendimento già piuttosto basso dei pannelli solari verrà ridotto a zero.

Negli ambienti professionali, i pannelli che convertono la luce solare in elettricità sono chiamati convertitori fotovoltaici, che comunemente vengono chiamati pannelli solari in modo colloquiale o quando si scrivono articoli comprensibili al grande pubblico. Il principio di funzionamento di questi dispositivi, i cui primi esemplari funzionanti sono apparsi molto tempo fa, è in realtà abbastanza semplice da comprendere da una persona che ha solo conoscenze scolastiche.

Non è un segreto che una giunzione pn possa convertire la luce in elettricità. Negli esperimenti scolastici, spesso conducono un esperimento con un transistor segato coperchio superiore, permettendo alla luce di cadere sulla giunzione pn. Collegandovi un voltmetro, è possibile registrare come un tale transistor emette una minuscola corrente elettrica quando irradiato dalla luce. E se aumenti zona p-n transizione, cosa accadrà in questo caso? Nel corso degli esperimenti scientifici degli anni passati, gli esperti hanno fabbricato una giunzione p-n con piastre di grande area, dando così vita a convertitori fotovoltaici chiamati celle solari.

Il principio di funzionamento dei moderni pannelli solari è stato preservato, nonostante la lunga storia della loro esistenza. Solo il design e i materiali utilizzati nella produzione hanno subito miglioramenti, grazie ai quali i produttori lo stanno gradualmente aumentando parametro importante, come fattore di conversione fotoelettrica o efficienza del dispositivo. Vale anche la pena dire che l'entità della corrente di uscita e della tensione della batteria solare dipende direttamente dal livello di illuminazione esterna che la colpisce.

Nella foto sopra puoi vedere la parte superiore strato pn la giunzione, che ha un eccesso di elettroni, è collegata a piastre metalliche che fungono da elettrodo positivo, trasmettendo la luce e conferendo all'elemento ulteriore rigidità. Lo strato inferiore nel design della cella solare presenta una mancanza di elettroni e un solido piastra metallica, svolgendo la funzione di un elettrodo negativo.

La tecnologia utilizzata per realizzare una batteria solare influisce sulla sua efficienza

Si ritiene che idealmente una batteria solare abbia un'efficienza vicina al 20%. Tuttavia, in pratica e secondo gli specialisti del sito www.site, è approssimativamente pari solo al 10%, nonostante per alcuni pannelli solari sia maggiore, per altri inferiore. Ciò dipende principalmente dalla tecnologia utilizzata per realizzare la giunzione p-n. Le più popolari e con la più alta percentuale di efficienza continuano ad essere le batterie solari realizzate sulla base di silicio monocristallino o policristallino. Inoltre, questi ultimi stanno diventando sempre più comuni a causa della loro relativa convenienza. A quale tipo di costruzione appartiene una batteria solare può essere determinato ad occhio nudo. I convertitori di luce monocristallini hanno un colore esclusivamente nero-grigio, mentre i modelli basati su silicio policristallino si distinguono per una superficie blu. Le celle solari policristalline realizzate mediante fusione si sono rivelate più economiche da produrre. Tuttavia, i wafer policristallini e monocristallini presentano anche uno svantaggio: i progetti di celle solari basati su di essi non hanno flessibilità, il che in alcuni casi non danneggerà.

La situazione cambiò con l’avvento delle celle solari in silicio amorfo nel 1975, elemento attivo che ha uno spessore da 0,5 a 1 micron, conferendo loro flessibilità. Lo spessore degli elementi convenzionali in silicio raggiunge i 300 micron. Tuttavia, nonostante l'assorbimento della luce del silicio amorfo, che è circa 20 volte superiore a quello del silicio convenzionale, l'efficienza delle celle solari di questo tipo, ovvero l'efficienza, non supera il 12%. Per le opzioni mono e policristalline, con tutto ciò, può raggiungere rispettivamente il 17% e il 15%.

Il materiale di cui sono realizzate le piastre influisce sulle prestazioni delle celle solari

Il silicio puro non viene praticamente utilizzato nella produzione di wafer per celle solari. Molto spesso, il boro viene utilizzato come impurità per la fabbricazione di piastre che producono una carica positiva e l'arsenico per piastre caricate negativamente. Oltre a questi, nella produzione di celle solari vengono sempre più utilizzati componenti come arseniuro, gallio, rame, cadmio, tellururo, selenio e altri. Grazie a loro, i pannelli solari diventano meno sensibili ai cambiamenti della temperatura ambiente.

La maggior parte dei pannelli solari può immagazzinare energia, rappresentando i sistemi

IN mondo moderno Le batterie solari vengono utilizzate sempre meno separatamente da altri dispositivi, spesso rappresentano i cosiddetti sistemi. Dato che le celle fotovoltaiche producono elettricità solo se esposte direttamente alla luce solare, diventano praticamente inutili di notte o in una giornata nuvolosa. Con i sistemi ad energia solare, le cose sono diverse. Sono dotati di una batteria in grado di accumulare corrente elettrica durante il giorno, quando la batteria solare la produce, e di notte la carica accumulata può essere distribuita ai consumatori.

Per aumentare la potenza, la tensione di uscita e la corrente, vengono creati pannelli basati su pannelli solari, dove singoli elementi collegati in serie o in parallelo.

Con i prezzi dell'elettricità in costante aumento, inevitabilmente inizi a pensare all'utilizzo di fonti naturali per l'approvvigionamento energetico. Una di queste possibilità sono i pannelli solari per la tua casa o il tuo giardino. Se lo si desidera, possono soddisfare pienamente tutte le esigenze anche di una casa grande.

Progettazione di un sistema di alimentazione solare

Convertire l’energia solare in elettricità è un’idea a lungo tenevano svegli gli scienziati. Ciò è diventato possibile con la scoperta delle proprietà dei semiconduttori. Le celle solari utilizzano cristalli di silicio. Quando la luce solare li colpisce, in essi si forma un movimento diretto di elettroni, chiamato 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 cambia a seconda del tempo e dell'ora del giorno, non è possibile collegare direttamente i dispositivi ai pannelli solari. Bisogno l'intero sistema. Oltre ai pannelli solari, hai bisogno di:

• Batteria. Durante le ore diurne, sotto l'influenza della luce solare, i pannelli solari generano corrente elettrica per la casa o il cottage. Non è sempre utilizzato in toto, il suo eccesso si accumula nella batteria. L'energia accumulata viene consumata in condizioni meteorologiche avverse.
• Controllore. Non una parte obbligatoria, ma auspicabile (se hai fondi sufficienti). Monitora il livello di carica della batteria per evitare che si scarichi eccessivamente o superi il livello di carica massimo. Entrambe queste condizioni sono dannose per la batteria, quindi avere un controller prolunga la durata della batteria. Il titolare del trattamento fornisce inoltre modalità ottimale funzionamento dei pannelli solari.
• Convertitore da CC a CA (inverter). Non tutti i dispositivi sono progettati per DC. Molti lavorano da Tensione CA a 220 volt. Il convertitore consente di ottenere una tensione di 220-230 V.

I pannelli solari per la casa sono solo una parte del sistema

Installando i pannelli solari per la tua casa o cottage, puoi diventare completamente indipendente dal fornitore ufficiale. Ma per questo devi avere un gran numero di batterie, un certo numero di batterie. Un kit che produce 1,5 kW al giorno costa circa 1.000 dollari. Questo è sufficiente per soddisfare le esigenze di una casa estiva o di parte dell'impianto elettrico della casa. Un set di pannelli solari per produrre 4 kW al giorno costa circa 2.200 dollari, per 9 kW al giorno - 6.200 dollari. Dal momento che i pannelli solari per la casa - sistema modulare, è possibile acquistare un impianto che soddisferà parte del fabbisogno, aumentandone gradualmente la produttività.

Tipi di pannelli solari

Con l’aumento dei prezzi dell’energia, l’idea di utilizzare l’energia solare per produrre 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 accadono tipi diversi. Scopriamolo.

La batteria solare stessa è costituita da una serie di fotocellule situate in un alloggiamento comune, protette da un pannello frontale trasparente. Per uso domestico, le celle solari vengono prodotte a base di silicio, poiché è relativamente economico e gli elementi basati su di esso hanno una buona efficienza (circa il 20-24%). Le celle solari monocristalline, policristalline e a film sottile (flessibili) sono realizzate a base di cristalli di silicio. Un certo numero di queste fotocellule sono collegate elettricamente tra loro (serie e/o parallelo) e collegate ai morsetti posti sulla custodia.

Le fotocellule sono installate in un alloggiamento chiuso. L'alloggiamento della batteria solare è realizzato in alluminio anodizzato. È leggero e non corrosivo. Pannello frontale 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 quanti più raggi possibile. In generale, una quantità significativa di energia viene persa a causa della riflessione, quindi i requisiti di qualità del vetro sono elevati ed è inoltre rivestito con un composto antiriflesso.

Tipologie di fotocellule per pannelli solari

I pannelli solari per la casa sono costituiti da tre tipi di celle di silicio;

Se avete un tetto spiovente e la facciata è rivolta a sud o ad est, non ha senso pensare troppo allo spazio occupato. I moduli policristallini potrebbero essere adatti a questo. A parità di energia prodotta costano leggermente meno.

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

Ci sono idee sbagliate comuni che ti portano a spendere soldi extra per acquistare troppo attrezzature costose. Di seguito sono riportati i consigli su come costruire correttamente un sistema di alimentazione da pannelli solari e non spendere soldi extra.

Cosa comprare

Non tutti i componenti di un impianto solare sono vitali per il funzionamento. Alcune parti possono essere fatte a meno. Servono per aumentare l'affidabilità, ma senza di essi il sistema è operativo. La prima cosa da ricordare è acquistare i pannelli solari alla fine dell'inverno, all'inizio della primavera. Innanzitutto il tempo in questo periodo è ottimo, ci sono molte giornate soleggiate, la neve riflette il sole, aumentando l'illuminazione generale. In secondo luogo, gli sconti vengono tradizionalmente annunciati in questo momento. Di seguito sono riportati i suggerimenti:

Se segui solo questi suggerimenti e colleghi solo apparecchiature che funzionano a tensione costante, un sistema di pannelli solari per la tua casa costerà un importo molto più modesto rispetto al kit più economico. Ma non è tutto. Puoi lasciare parte dell'attrezzatura "per dopo" o farne a meno del tutto.

Di cosa puoi fare a meno?

Il costo di un set di pannelli solari per 1 kW al giorno è di oltre mille dollari. Investimento considerevole. Ti chiederai inevitabilmente se ne vale la pena e quale sarà il periodo di rimborso. Ai tassi attuali, dovrai aspettare più di un anno prima di ricevere indietro i tuoi soldi. Ma i costi possono essere ridotti. Non a scapito della qualità, ma a causa di una leggera diminuzione del comfort operativo del sistema e di un approccio ragionevole alla scelta dei suoi componenti.

Quindi, se il tuo budget è limitato, puoi cavartela con alcuni pannelli solari e batterie ricaricabili, la cui capacità è superiore del 20-25% rispetto alla carica massima dei pannelli solari. Per monitorare la condizione, acquista un orologio per auto che misuri anche la tensione. Ciò ti eviterà di dover misurare la carica della batteria più volte al giorno. Dovrai invece guardare l'orologio di tanto in tanto. Questo è tutto per l'inizio. In futuro potrai acquistare ulteriori pannelli solari per la tua casa e aumentare il numero di batterie. Se lo si desidera, è possibile acquistare un inverter.

Determinazione della dimensione e del numero delle fotocellule

Un buon pannello solare da 12 volt dovrebbe avere 36 celle, mentre un pannello solare da 24 volt dovrebbe avere 72 celle solari. Questa quantità è ottimale. Con meno fotocellule non si otterrà mai la corrente dichiarata. E questa è l'opzione migliore.

Non dovresti acquistare pannelli solari doppi: rispettivamente 72 e 144 elementi. Innanzitutto sono molto grandi, il che è scomodo per il trasporto. In secondo luogo, con anormale basse temperature, che ci capitano periodicamente, sono loro i primi a fallire. Il fatto è che il film di laminazione diminuisce notevolmente di dimensioni quando fa freddo. Su pannelli di grandi dimensioni, a causa dell'elevata tensione, si stacca o addirittura si rompe. Si perde la trasparenza e la produttività cala catastroficamente. Il pannello è in riparazione.

Secondo fattore. Sui pannelli più grandi lo spessore del corpo e del vetro dovrebbe essere maggiore. Dopotutto, aumentano i carichi di vento e neve. Ma questo non sempre avviene, poiché il prezzo aumenta notevolmente. Se vedi un doppio pannello e il suo prezzo è inferiore rispetto a due "normali", è meglio cercare qualcos'altro.

Ancora: la scelta migliore— un pannello solare da 12 volt per un'abitazione, composto da 36 fotocellule. Questo migliore opzione, dimostrato dalla pratica.

Specifiche tecniche: cosa cercare

I pannelli solari certificati indicano sempre la corrente e la tensione operativa, nonché la tensione a circuito aperto e la corrente di cortocircuito. Vale la pena considerare che tutti i parametri sono normalmente indicati per una temperatura di +25°C. In una giornata soleggiata sul tetto, la batteria si riscalda fino a temperature notevolmente superiori a questa cifra. Ciò spiega la presenza di una tensione operativa più elevata.

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

Cassa e vetro

I pannelli solari per la casa hanno cassa in alluminio. Questo metallo non si corrode, ha una resistenza sufficiente ed è leggero. Una carrozzeria normale deve essere assemblata da un profilo contenente almeno due rinforzi. Inoltre, il vetro deve essere inserito scanalatura speciale, e non fissato in alto. Tutti questi sono segni di qualità normale.

Quando si sceglie una batteria solare, prestare attenzione al vetro. Nelle batterie normali non è liscio, ma strutturato. È ruvido al tatto; se lo strofini con le unghie puoi sentire un fruscio. Inoltre, deve 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 da qualsiasi angolazione, è meglio trovare un altro pannello.

Scelta della sezione del cavo e della finezza del collegamento elettrico

I pannelli solari per la tua casa devono essere collegati utilizzando un cavo in rame unipolare. La sezione del cavo dipende dalla distanza tra il modulo e la batteria:

• distanza inferiore a 10 metri:
  • 1,5 mm2 per batteria 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 trasversale più grande, ma non più piccola (ci saranno grandi perdite, ma non ne abbiamo bisogno). Quando si acquistano i cavi prestare attenzione alla sezione effettiva, poiché oggi le dimensioni dichiarate molto spesso non corrispondono a quelle reali. Per verificare dovrai misurare il diametro e calcolare la sezione (puoi leggere come fare).

Durante l'assemblaggio del sistema, è possibile mostrare i vantaggi dell'utilizzo dei pannelli solari cavo multipolare di una sezione adatta e per il meno usarne una spessa. Prima di collegarci alle batterie, passiamo tutti i "vantaggi" attraverso diodi o gruppi di diodi con un catodo comune. Ciò impedisce alla batteria di andare in cortocircuito (che potrebbe causare un incendio) se i cavi tra le batterie e la batteria sono in cortocircuito o rotti.

I diodi utilizzano i tipi SBL2040CT, PBYR040CT. Se non ne trovi, puoi rimuoverli dai vecchi alimentatori computer personale. Di solito ci sono SBL3040 o simili. Si consiglia di passare attraverso diodi. Non dimenticare che diventano molto calde, quindi è necessario montarle su un termosifone (puoi usarne solo uno).

Il sistema richiede anche una scatola dei fusibili. Uno per ogni consumatore. Colleghiamo l'intero carico attraverso questo blocco. Innanzitutto il sistema è più sicuro. In secondo luogo, se sorgono problemi, è più facile determinarne l'origine (mediante un fusibile bruciato).