Cum funcționează o baterie solară? Panouri solare

ÎN în ultima vreme Tehnologiile de producere a energiei alternative se dezvoltă activ. Acestea sunt panouri solare (SB), stații eoliene și o serie de alte dispozitive. SB sau așa-numitele panouri fotovoltaice sunt considerate deosebit de promițătoare, deoarece ținând cont de viața aproape eternă a soarelui, o astfel de energie este inepuizabilă. În ciuda costului lor încă relativ ridicat, ele oferă energie gratuită și ecologică. Cu toate acestea, prețurile pentru SB sunt în scădere an de an, ceea ce indică perspective mari pentru implementarea lor pe scară largă.

Instalarea panourilor solare

O baterie solară este un sistem de dispozitive semiconductoare sub formă de convertoare fotoelectrice care transformă energia soarelui în constantă. curent electric folosind principiul efectului fotoelectric.

1 - Controler
2 - Bateria
3 - Invertor
4 - Modulul
5 — Echipamente electrice

Bateria solară include următoarele elemente:

• , constând din două straturi de materiale cu conductivități diferite. De exemplu, poate fi siliciu policristalin sau monocristalin cu includerea altor compuși chimici pentru a crea principiul efect fotoelectric p-n tranziţie. Adică, un material are o deficiență de electroni, iar celălalt are un exces.
• , cel mai subțire strat al unui element care rezistă transferului de electroni.
• . Când este conectată la stratul opus, zona barieră este ușor depășită de electroni. Rezultatul este o mișcare ordonată a particulelor infectate, adică un curent electric.
• . Asigură acumularea și conservarea energiei.
• . Transformă curentul continuu provenit de la bateria solară în curent alternativ.
• . Asigură că sistemul de baterii solare creează o tensiune din domeniul necesar.

Principiul de funcționare

• Lumina soarelui sub formă de fotoni de lumină lovește suprafața celulei solare.
• Când fotonii se ciocnesc de suprafața unui semiconductor, ei transferă energie electronilor semiconductorului.
• Electronii scoși din semiconductor din cauza unui impact depășesc stratul protector, purtând cu ei energie suplimentară.
• Ca rezultat, electronii negativi se deplasează în conductorul n de la conductorul p, iar electronii pozitivi efectuează manevra opusă. Această tranziție este facilitată de câmpurile electrice, care în acest moment disponibil în conductori. Ulterior, ele măresc diferența și puterea încărcăturilor.

Dacă o baterie, iluminată de soare, este închisă la o anumită sarcină cu o rezistență R, atunci se observă apariția unui curent electric I Valoarea acestuia este determinată de rezistența la sarcină, intensitatea iluminării și calitatea fotoelectricului convertor. Puterea P eliberată în sarcină este determinată de formula P= I*U, unde U arată tensiunea la bornele bateriei.

Specie

In functie de materialele folosite, panourile solare pot fi:

• Panouri realizate din celule fotovoltaice monocristaline. Sunt eficiente, dar mai scumpe, eficiența este de 14-16%. Elementele monocristaline au o formă poligonală, ceea ce face dificilă umplerea întregii zone;
• Panouri din siliciu amorf. Astfel de baterii demonstrează o eficiență scăzută în intervalul 6-8%. Dar dintre tehnologiile convertoare de siliciu, acestea au cea mai ieftină putere;
• Panourile de telurura de cadmiu sunt realizate pe baza tehnologiei filmului. Stratul semiconductor este aplicat într-un strat de câteva sute de micrometri. Eficiența este de 11%, dar în comparație cu bateriile cu silicon, un watt de putere este cu zeci de procente mai ieftin;
• Panouri bazate pe semiconductori CIGS, care constau din seleniu, galiu, indiu și cupru. Eficiența unor astfel de panouri ajunge la 15%;
• Panouri polimerice. Acesta este un tip de baterie cu peliculă subțire al cărei principiu de funcționare este similar cu fotosinteza plantelor. Include un strat de polimer, un strat protector, un substrat flexibil și electrozi de aluminiu. Eficiență 5-6%;
• Cel mai frecvent din cauza raport optim Eficienta si preturile sunt panouri realizate din celule fotovoltaice policristaline. Eficiența lor ajunge la 12-14%.

SB poate fi, de asemenea, împărțit în următoarele tipuri:

• Film subțire sau flexibil (pe baza de telurura de cadmiu, cristalin si amorf);
• Greu(din siliciu cristalin, uneori amorf);
• Unilateral(absorb lumina pe o parte);
• Față dublă(absorb lumina pe ambele părți).

Particularități

• Încărcarea bateriei scade în lumina slabă a soarelui, dând energie electrica, adică merge loc de muncă permanentîn modul de încărcare și descărcare. Controlul este efectuat de un controler special.
• SB nu necesită niciun fel de special munca preventivă. Poate necesita doar curățare de praf.
• Panourile pot fi folosite iarna, dar productivitatea în această perioadă scade de o dată și jumătate până la două ori. Pentru a preveni acumularea zăpezii pe panouri, acestea trebuie instalate la un unghi de 70 de grade pe o suprafață ridicată.
• Panouri solare cel mai potrivit pentru sisteme autonome, în care există multe aparate electrocasnice eficiente din punct de vedere energetic, care nu sunt pornite constant.

Aplicație

Bateriile solare pot fi folosite aproape peste tot:

• Mașini electrice.
• Electronice portabile.
• Calculatoare, lanterne, playere și așa mai departe, adică oriunde este necesară reîncărcarea bateriilor diverselor electronice de uz casnic.
• Aviaţie. Așa a fost creată aeronava Solar Impulse, care rulează doar cu energie solară.
• Alimentare cu energie pentru case, școli, aeroporturi și alte clădiri. Panourile solare sunt utilizate pe scară largă în regiunile subtropicale și tropicale unde există multe zile însorite. Sunt deosebit de populare în țările mediteraneene.
• Utilizați în spațiu. SB-urile sunt instalate pe ISS, instalate pe sateliți, vehicule spațiale și interplanetare și multe altele.

Avantaje și dezavantaje

Printre avantaje se numără:

• Prietenia mediului;
• Durabilitate, fotocelulele durează câteva decenii;
• Principiu simplu de funcționare. Datorită acestui fapt, practic nu există defecțiuni în bateria solară;
• Tăcere;
• Posibilitate de muncă permanentă;
• Nu este nevoie de combustibil;
• Disponibilitate publică;
• Abilitatea de a schimba puterea sistemului.

Printre dezavantaje se numără:

• Eficiență scăzută. Este nevoie de o suprafață mare a bateriei pentru a satisface nevoile chiar și ale unei familii mici;
• Dificultate în asamblarea și configurarea sistemului;
• Suficient cost ridicat panouri solare, precum și rambursarea scăzută a sistemului.

Perspective

Dorința umanității de a respecta mediul și de a renunța la petrol va duce la introducerea a tot mai multe tehnologii de economisire a energiei. Aceasta înseamnă că panourile solare vor fi folosite peste tot. Și crearea de panouri cu eficiență mai mare va permite:

• Echipați majoritatea clădirilor cu panouri energetice;
• Instalați-le în mașini, drumuri, roboți și numeroase alte dispozitive;
• Instalați-le în haine și chiar implantați-le într-o persoană. Oamenii de știință sud-coreeni au creat deja o celulă solară subcutanată care este de 15 ori mai subțire decât un fir de păr. Acesta asigură funcționarea neîntreruptă a dispozitivelor care sunt implantate în corp, de exemplu, un stimulator cardiac.

Astăzi toată lumea cunoaște conceptul de energie alternativă. Nu mai este un secret faptul că rezervele de petrol, gaze și alte tipuri de combustibil de pe Pământ nu sunt nelimitate, așa că oamenii de știință și inginerii continuă să caute modalități de a utiliza eficient resursele regenerabile pentru a produce electricitate atât de necesară. ÎN ultimii ani celulele solare nu mai sunt exotice, folosite doar în nave spațiale, au devenit larg răspândite pentru alimentarea cu energie a clădirilor, mașinilor, alimentare autonomă a micilor aparate electrocasniceși electronice. Deoarece Soarele este o sursă uriașă de energie care este disponibilă pentru toată lumea, este util să știți cum să transformați lumina în electricitate sau cum funcționează un panou solar.

Principiul de funcționare al unei baterii solare

Acest dispozitiv, numit și panou solar, constă dintr-o colecție de conectate într-un anumit fel convertoare fotoelectrice, care includ două straturi de semiconductori cu diverse tipuri conductivitate – p și n. Siliciul cu anumite impurități este cel mai adesea folosit ca substanță cu astfel de proprietăți. Când i se adaugă fosfor, în structura rezultată apare un exces de electroni (sarcină negativă) și se formează un semiconductor de tip n, iar când se adaugă bor, se formează un semiconductor de tip p, caracterizat prin lipsa de electroni sau prezența găurilor. Dacă plasați aceste straturi între doi electrozi așa cum se arată în imagine și oferiți acces ușor la cel de sus, veți obține un convertor fotoelectric.

Când un element este iluminat, acesta absoarbe o parte din energia incidentă, rezultând o generare suplimentară de găuri și electroni. Câmpul electric existent în joncțiune p-n e, primul se deplasează în regiunea p, iar cel de-al doilea în regiunea n. În acest caz, sarcinile pozitive se acumulează pe electrodul inferior, sarcinile negative se acumulează pe electrodul superior, adică apare o diferență de potențial - o tensiune constantă U. Astfel, convertorul fotoelectric funcționează ca o sursă de forță electromotoare (EMF) - baterie mica. Dacă la acesta este conectată o sarcină, în circuit va apărea un curent I, a cărui valoare va depinde de tipul de fotocelulă, de dimensiunea acesteia, de intensitatea radiației solare și de rezistența consumatorilor conectați. Emf-ul bateriei scade odată cu creșterea temperaturii cu aproximativ 0,4%/°C. Prin urmare, pentru o funcționare eficientă și pe termen lung, panoul trebuie răcit folosind ventilatoare sau sisteme de apă.

Cel mai important parametru al unei surse de energie solară este puterea P=UI. Desigur, curentul și tensiunea obținute ca urmare a funcționării unei celule foto sunt mici, așa că în baterie sunt combinate într-un anumit mod pentru a crește acești indicatori. Dacă conectați convertoarele în serie, atunci totalul tensiunea de iesire vor fi proporționale cu numărul acestora. Conexiune paralelă elementele individuale duce la o creștere a curentului. Prin combinarea ambelor tipuri de conexiuni într-un anumit mod, așa cum se arată în imagine, se obțin parametrii de ieșire necesari ai bateriei și, prin urmare, puterea acesteia.

Când aprindeți o baterie, nu toată energia radiației solare este convertită în electricitate - o parte din ea este reflectată și, de asemenea, cheltuită pentru încălzirea elementelor. Majoritatea panourilor fotovoltaice produse comercial au o eficiență de 9-24%. De asemenea, este important să știm cum funcționează panoul solar în condițiile în care unele dintre celule sunt întunecate. ÎN în acest caz, convertoarele care nu sunt expuse la lumina soarelui vor deveni consumatori de energie și se vor încălzi. Prin urmare, grupurile de fotocelule sunt șuntate cu diode cu rezistență scăzută, împiedicând curentul să circule prin componentele întunecate ale bateriei. Panoul va funcționa cu mai puțină putere.

Conversia energiei obținute cu ajutorul panourilor solare

Celulele fotovoltaice produc tensiune DC, dar multe tipuri de echipamente sunt alimentate cu tensiune AC, care necesită convertoare adecvate. În plus, panourile solare produc energie electrică în timpul zilei, iar consumul acesteia are loc non-stop, prin urmare, sunt necesare componente suplimentare care să stocheze și să distribuie energia. Să luăm în considerare un exemplu de sistem de alimentare cu energie al unei clădiri care utilizează surse solare - o mică centrală solară, a cărei structură este prezentată în imagine.

Această schemă poate funcționa în clădirile în care există o rețea electrică, iar bateria solară este folosită pentru a economisi consumul de energie din aceasta, precum și ca sursă de rezervă atunci când cea principală este oprită. Principiul general de funcționare al sistemului este următorul: tensiunea continuă generată de convertoarele fotoelectrice este furnizată unui invertor, care o transformă în tensiune alternativă, și bateriilor, care, atunci când sunt încărcate sub controlul unui controler special, acumulează energie. .

În acest caz, electrocasnicele din casă sunt împărțite în redundante - cele pentru care o întrerupere de curent poate duce la consecințe nedorite (frigider, sisteme de supraveghere video, sisteme de alarmă) și neredundante - toate celelalte. Când rețeaua este deconectată, invertorul alimentează dispozitivele redundante din bateria solară, iar dacă energia din aceasta nu este suficientă, atunci din baterii. Când rețeaua este conectată, energia electrică generată de panouri merge mai întâi pentru a le încărca. Și când acest lucru nu mai este necesar, invertorul transformă tensiunea continuă în tensiune alternativă, de la care este alimentată sarcina. Acest lucru economisește consumul de la sursa principală.

Bateriile solare pot fi utilizate fără echipamentul suplimentar considerat pentru alimentarea sau încărcarea portabilelor tehnologie electronică, cu sprijinul tensiune DC, de exemplu, calculatoare, playere, lanterne, dispozitive mobile.

Pe lângă electricitate, căldura poate fi obținută direct din energia luminoasă. Pentru aceasta se folosesc colectoare solare. Având în vedere că astăzi există tendințe de reducere a costului convertoarelor fotovoltaice și de creștere a eficienței acestora, în general, energia solară este o direcție promițătoare care permite tăcere și ecologice într-un mod curat primi electricitate gratuită, precum și căldură pentru încălzire și alimentare cu apă caldă.

Convertirea efectivă a razelor libere ale soarelui în energie care poate fi folosită pentru alimentarea caselor și a altor facilități este visul prețuit al multor apologeți ai energiei verzi.

Dar principiul de funcționare al bateriei solare și eficiența acesteia sunt de așa natură încât nu este nevoie să vorbim încă despre eficiența ridicată a unor astfel de sisteme. Ar fi bine să aveți propria sursă suplimentară de energie electrică. Nu-i aşa? Mai mult, chiar și astăzi în Rusia, cu ajutorul panourilor solare, un număr considerabil de gospodării private sunt alimentate cu succes cu energie electrică „gratuită”. Încă nu știi de unde să începi?

Mai jos vă vom spune despre proiectarea și principiile de funcționare ale unui panou solar veți afla de ce depinde eficiența unui sistem solar; Și videoclipurile postate în articol vă vor ajuta să asamblați un panou solar din fotocelule cu propriile mâini.

La subiectul " energie solară„Sunt destul de multe nuanțe și confuzii. Este adesea dificil pentru începători să înțeleagă toți termenii nefamiliari la început. Dar fără aceasta, este nerezonabil să te angajezi în energia solară, achiziționând echipamente pentru generarea de curent „solar”.

Fără să știți, puteți nu numai să alegeți panoul greșit, ci și pur și simplu să îl ardeți atunci când îl conectați sau să extrageți prea puțină energie din el.

Rentabilitatea maximă de la un panou solar poate fi obținut doar știind cum funcționează, din ce componente și ansambluri constă și cum este conectat corect.

Mai întâi trebuie să înțelegi soiurile existente echipamente pentru energie solară. Panourile solare și colectoarele solare sunt două fundamentale diferite dispozitive. Ambele transformă energia razelor solare.

Cu toate acestea, în primul caz, consumatorul primește energie electrică la ieșire, iar în al doilea, energie termică sub formă de lichid de răcire încălzit.

A doua nuanță este conceptul termenului „baterie solară”. De obicei, cuvântul „baterie” se referă la un fel de dispozitiv de stocare electric. Sau imi vine in minte un radiator de incalzire banal. Cu toate acestea, în cazul bateriilor solare situația este radical diferită. Ei nu acumulează nimic în sine.

Panoul solar generează un curent electric constant. Pentru a-l converti în variabil (utilizat în viața de zi cu zi), în circuit trebuie să fie prezent un invertor

Panourile solare sunt concepute exclusiv pentru a genera curent electric. La rândul său, se acumulează pentru a alimenta casa cu energie electrică noaptea, când soarele coboară sub orizont, deja în bateriile care sunt prezente suplimentar în circuitul de alimentare cu energie al unității.

Bateria aici este înțeleasă în contextul unui anumit set de componente similare asamblate într-un singur întreg. De fapt, este doar un panou format din mai multe fotocelule identice.

Structura internă a unei baterii solare

Treptat, panourile solare devin din ce în ce mai ieftine și mai eficiente. Ele sunt acum folosite pentru a reîncărca bateriile în lămpi stradale, smartphone-uri, mașini electrice, case private și pe sateliți în spațiu. Ei au început chiar să construiască centrale solare cu drepturi depline (SPP) cu volume mari de generare.

O baterie solară constă din multe fotocelule (convertoare fotoelectrice) care transformă energia fotonilor de la soare în electricitate

Fiecare baterie solară este concepută ca un bloc dintr-un anumit număr de module, care combină fotocelule semiconductoare conectate în serie. Pentru a înțelege principiile de funcționare a unei astfel de baterii, este necesar să înțelegem funcționarea acestei verigi finale în dispozitivul cu panou solar, creat pe baza semiconductorilor.

Tipuri de cristale fotocelule

Există opțiuni pentru FEP din diferite elemente chimice cantitate uriașă. Cu toate acestea, cele mai multe dintre ele sunt evoluții în stadiile inițiale. ÎN scara industrialaÎn prezent, sunt produse numai panouri din fotocelule pe bază de siliciu.

Semiconductorii de siliciu sunt utilizați la fabricarea celulelor solare datorită costului lor scăzut, nu se pot lăuda cu o eficiență deosebit de ridicată

O fotocelulă tipică dintr-un panou solar este o placă subțire de două straturi de siliciu, fiecare dintre ele având propriile sale proprietăți fizice. Acesta este un clasic joncţiune pn semiconductor cu perechi electron-gaură.

Când fotonii lovesc celula fotovoltaică dintre aceste straturi semiconductoare, din cauza neomogenității cristalului, se formează un foto-EMF de poartă, rezultând o diferență de potențial și un curent de electroni.

Placile de siliciu ale celulelor solare diferă în tehnologia de fabricație prin:

1. Monocristalin.
2. Policristalină.

Primii au mai multe randament ridicat, dar costul producției lor este mai mare decât cel al acestora din urmă. În exterior, o opțiune poate fi distinsă de alta pe un panou solar prin forma sa.

Celulele solare monocristaline au o structură omogenă, sunt realizate sub formă de pătrate cu colțuri tăiate. În schimb, elementele policristaline au o formă strict pătrată.

Policristalele sunt obținute prin răcirea treptată a siliciului topit. Această metodă este extrem de simplă, motiv pentru care astfel de fotocelule sunt ieftine.

Dar productivitatea lor în ceea ce privește generarea de energie electrică din razele solare depășește rar 15%. Acest lucru se datorează „impurității” plăcilor de siliciu rezultate și structurii lor interne. Aici, cu cât stratul de p-siliciu este mai pur, cu atât eficiența celulei solare din acesta este mai mare.

Puritatea monocristalelor în acest sens este mult mai mare decât cea a analogilor policristalini. Ele nu sunt făcute din cristal de siliciu solid, topit, ci cultivat artificial. Coeficientul de conversie fotoelectrică al unor astfel de celule solare ajunge deja la 20-22%.

ÎN modul comun celulele solare individuale sunt asamblate pe un cadru de aluminiu, iar pentru a le proteja sunt acoperite deasupra cu sticlă durabilă, care nu interferează în niciun fel cu razele solare.

Stratul superior al plăcii fotocelule orientată spre soare este realizat din același siliciu, dar cu adaos de fosfor. Acesta din urmă va fi sursa de electroni în exces în sistemul de joncțiune pn.

Principiul de funcționare al panoului solar

Când lumina soarelui cade pe o celulă foto, în ea se generează perechi electron-gaură neechilibrate. Electronii și găurile în exces sunt parțial transferate prin joncțiunea pn de la un strat al semiconductorului la altul.

Ca urmare, tensiunea apare în circuitul extern. În acest caz, la contactul stratului p se formează un pol pozitiv al sursei de curent și un pol negativ la stratul n.

Diferența de potențial (tensiune) dintre contactele fotocelulei apare datorită unei modificări a numărului de „găuri” și electroni cu laturi diferite joncțiunea p-n ca urmare a iradierii stratului n cu raze solare

Fotocelulele conectate la o sarcină externă sub forma unei baterii formează un cerc vicios cu aceasta. Drept urmare, panoul solar funcționează ca un fel de roată de-a lungul căreia electronii „curg” împreună între proteine. Și bateria se încarcă treptat.

Convertoarele fotovoltaice standard din siliciu sunt celule cu o singură joncțiune. Fluxul de electroni în ele are loc doar printr-o joncțiune p-n cu o zonă a acestei tranziții limitată în energie fotonică.

Adică, fiecare astfel de fotocelulă este capabilă să genereze electricitate numai dintr-un spectru îngust de radiație solară. Toată cealaltă energie este irosită. De aceea eficiența FEP este atât de scăzută.

Pentru a crește eficiența celulelor solare, elementele semiconductoare din siliciu pentru acestea au început recent să fie realizate cu multijoncțiune (cascada). Există deja mai multe tranziții în noile celule solare. Mai mult, fiecare dintre ele din această cascadă este proiectată pentru propriul spectru de lumină solară.

Eficiența totală a conversiei fotonilor în curent electric pentru astfel de fotocelule crește în cele din urmă. Dar prețul lor este mult mai mare. Aici, fie ușurință de fabricație cu costuri reduse și eficiență scăzută, fie randamente mai mari cuplate cu costuri ridicate.

Panoul solar poate funcționa atât vara, cât și iarna (are nevoie de lumină, nu de căldură) - cu cât soarele strălucește mai puțin înnorat și mai luminos, cu atât panoul solar va genera mai mult curent electric

În timpul funcționării, fotocelula și întreaga baterie se încălzesc treptat. Toată energia care nu a fost folosită pentru a genera curent electric este transformată în căldură. Adesea, temperatura de pe suprafața panoului solar crește la 50–55 0 C. Dar cu cât este mai mare, cu atât funcționează celula fotovoltaică mai puțin eficientă.

Ca rezultat, același model de baterie solară generează mai puțin curent pe vreme caldă decât pe vreme rece. Fotocelulele prezintă eficiență maximă într-o zi senină de iarnă. Există doi factori în joc aici - mult soare și răcire naturală.

Mai mult, dacă cade zăpadă pe panou, acesta va continua să genereze electricitate. În plus, fulgii de zăpadă nici nu vor avea timp să se întindă prea mult pe ei, topindu-se din cauza căldurii fotocelulelor încălzite.

Eficiența bateriei solare

O singură fotocelulă, chiar și la prânz pe vreme senină, produce foarte puțină energie electrică, suficientă doar pentru a funcționa o lanternă LED.

Pentru a crește putere de ieșire, mai multe celule solare sunt combinate conform circuit paralel pentru a crește tensiunea constantă și în serie pentru a crește curentul.

Eficiența panourilor solare depinde de:

• temperatura aerului și a bateriei în sine;
• selectarea corectă a rezistenței la sarcină;
• unghiul de incidență al luminii solare;
• prezența/absența stratului antireflex;
• puterea fluxului luminos.

Cu cât temperatura de afară este mai scăzută, cu atât fotocelulele și bateria solară în ansamblu funcționează mai eficiente. Totul este simplu aici. Dar cu calculul sarcinii situația este mai complicată. Ar trebui selectat în funcție de curentul furnizat de panou. Dar valoarea sa variază în funcție de factorii meteorologici.

Panourile solare sunt produse cu o tensiune de ieșire care este un multiplu de 12 V - dacă este necesar să se furnizeze 24 V bateriei, atunci două panouri vor trebui conectate la aceasta în paralel.

Monitorizarea constantă a parametrilor unei baterii solare și ajustarea manuală a funcționării acesteia este problematică. Pentru a face acest lucru, este mai bine să utilizați un controler de control, care modul automat el însuși reglează setările panoului solar pentru a realiza performanta maximași moduri optime de funcționare.

Unghiul ideal de incidență a razelor solare pe o baterie solară este drept. Cu toate acestea, dacă abaterea este de 30 de grade față de perpendiculară, eficiența panoului scade cu doar aproximativ 5%. Dar cu o creștere suplimentară a acestui unghi, o proporție din ce în ce mai mare a radiației solare va fi reflectată, reducând astfel eficiența celulei solare.

Dacă bateria este necesară pentru a produce energie maximă vara, atunci ar trebui să fie orientată perpendicular pe poziția medie a Soarelui, pe care o ocupă la echinocții de primăvară și toamnă.

Pentru regiunea Moscovei, aceasta este de aproximativ 40-45 de grade față de orizont. Dacă este nevoie de maxim iarna, atunci panoul trebuie așezat într-o poziție mai verticală.

Și încă un lucru - praful și murdăria reduc foarte mult performanța fotocelulelor. Fotonii pur și simplu nu ajung la ei printr-o astfel de barieră „murdară”, ceea ce înseamnă că nu există nimic de transformat în electricitate. Panourile trebuie spălate în mod regulat sau așezate astfel încât praful să fie spălat de ploaie singur.

Unele panouri solare au lentile încorporate pentru a concentra radiația pe celula solară. Pe vreme senină, acest lucru duce la creșterea eficienței. Cu toate acestea, în norii grei, aceste lentile provoacă doar rău.

Dacă un panou convențional într-o astfel de situație continuă să genereze curent, deși în volume mai mici, atunci modelul de lentile va înceta să funcționeze aproape complet.

Panourile trebuie instalate astfel încât să nu existe copaci, clădiri sau alte obstacole în calea razelor solare.

Schema alimentării cu energie solară a casei

Sistemul de alimentare cu energie solară include:

1. Panouri solare.
2. Controlor.
3. baterii.

Controlerul din acest circuit protejează atât panourile solare, cât și bateriile. Pe de o parte, previne curgerea curenților inversi pe timp de noapte și pe vreme înnorată, iar pe de altă parte, protejează bateriile de încărcare/descărcare excesivă.

Bateriile reîncărcabile pentru panouri solare ar trebui să fie selectate la fel ca vârstă și capacitate, altfel încărcarea/descărcarea se va produce neuniform, ceea ce va duce la o reducere drastică a duratei de viață a acestora.

Este necesar un invertor pentru a transforma 12, 24 sau 48 volți DC în 220 volți AC. Baterii auto Nu este recomandat să le folosiți într-un astfel de circuit din cauza incapacității lor de a rezista la reîncărcări frecvente. Cel mai bine este să cheltuiți bani și să cumpărați baterii speciale cu heliu AGM sau OPzS inundate.

Concluzii și video util pe această temă

Principiile de funcționare și schemele de conectare ale panourilor solare nu sunt prea greu de înțeles. Și cu materialele video pe care le-am adunat mai jos, va fi și mai ușor de înțeles toate complexitățile funcționării și instalării panourilor solare.

Este accesibil și de înțeles cum funcționează o baterie solară fotovoltaică, în toate detaliile sale:

Cum funcționează panourile solare:

Asamblare DIY panou solar din fotocelule:

Fiecare element din sistemul de alimentare cu energie solară al unei cabane trebuie selectat corect. Pierderile de putere inevitabile apar în baterii, transformatoare și controler. Și trebuie reduse la minimum, altfel eficiența deja destul de scăzută a panourilor solare va fi redusă la zero.

În mediile profesionale, panourile care transformă lumina solară în energie electrică sunt numite convertoare fotovoltaice, care sunt denumite în mod obișnuit panouri solare în mod colocvial sau atunci când scriu articole care sunt de înțeles publicului larg. Principiul de funcționare al acestor dispozitive, ale căror primele copii de lucru au apărut cu mult timp în urmă, este de fapt destul de simplu de înțeles de către o persoană care are doar cunoștințe de la școală.

Nu este un secret pentru nimeni că o joncțiune pn poate transforma lumina în electricitate. În experimentele școlare, ei efectuează adesea un experiment cu un tranzistor cu un tăiat capacul superior, permițând luminii să cadă pe joncțiunea p-n. Prin conectarea unui voltmetru la acesta, puteți înregistra modul în care un astfel de tranzistor emite un curent electric mic atunci când este iradiat cu lumină. Și dacă creșteți zona p-n tranziție, ce se va întâmpla în acest caz? În cursul experimentelor științifice din ultimii ani, experții au fabricat o joncțiune p-n cu plăci de suprafață mare, dând astfel naștere unor convertoare fotovoltaice numite celule solare.

Principiul de funcționare al panourilor solare moderne a fost păstrat, în ciuda istoriei lungi a existenței lor. Doar designul și materialele utilizate în producție au suferit îmbunătățiri, datorită cărora producătorii cresc treptat acest lucru parametru important, ca factor de conversie fotoelectrică sau eficiență a dispozitivului. De asemenea, merită spus că mărimea curentului de ieșire și a tensiunii bateriei solare depinde direct de nivelul de iluminare externă care o afectează.

În poza de mai sus puteți vedea că partea de sus stratul p-n joncțiunea, care are un exces de electroni, este conectată la plăci metalice care acționează ca electrod pozitiv, transmitand lumina si conferind elementului o rigiditate suplimentara. Stratul inferior din designul celulei solare are o lipsă de electroni și un solid placa metalica, îndeplinind funcția de electrod negativ.

Tehnologia folosită pentru a face o baterie solară afectează eficiența acesteia

Se crede că în mod ideal o baterie solară are o eficiență apropiată de 20%. Cu toate acestea, în practică și conform specialiștilor de pe site-ul www.site, este aproximativ egal cu doar 10%, în ciuda faptului că pentru unele panouri solare este mai mult, pentru altele este mai puțin. Acest lucru depinde în principal de tehnologia utilizată pentru realizarea joncțiunii p-n. Cele mai populare și cu cel mai mare procent de eficiență continuă să fie bateriile solare realizate pe bază de siliciu monocristalin sau policristalin. Mai mult decât atât, acestea din urmă devin din ce în ce mai des întâlnite datorită relativ ieftinității lor. Ce tip de construcție aparține o baterie solară poate fi determinat cu ochiul liber. Convertizoarele de lumină monocristalină au o culoare exclusiv negru-gri, în timp ce modelele bazate pe siliciu policristalin se disting printr-o suprafață albastră. Celulele solare policristaline realizate prin turnare s-au dovedit a fi mai ieftin de produs. Cu toate acestea, napolitanele poli- și monocristaline au, de asemenea, un dezavantaj - modelele de celule solare bazate pe acestea nu au flexibilitate, ceea ce în unele cazuri nu va strica.

Situația s-a schimbat odată cu apariția celulelor solare cu siliciu amorf în 1975, element activ care are o grosime de 0,5 până la 1 micron, oferindu-le flexibilitate. Grosimea elementelor convenționale din siliciu ajunge la 300 de microni. Cu toate acestea, în ciuda absorbției de lumină a siliciului amorf, care este de aproximativ 20 de ori mai mare decât cea a siliciului convențional, eficiența celulelor solare de acest tip, și anume eficiența, nu depășește 12%. Pentru opțiunile mono- și policristaline, cu toate acestea, poate ajunge la 17%, respectiv 15%.

Materialul din care sunt realizate plăcile afectează performanța celulelor solare

Siliciul pur nu este practic utilizat la producerea de plachete pentru celule solare. Cel mai adesea, borul este folosit ca impurități pentru fabricarea unei plăci care produce o sarcină pozitivă și arsenul pentru plăcile încărcate negativ. Pe lângă acestea, componente precum arseniura, galiul, cuprul, cadmiul, telurura, seleniul și altele sunt din ce în ce mai folosite în producția de celule solare. Datorită acestora, panourile solare devin mai puțin sensibile la schimbările de temperatură ambientală.

Majoritatea panourilor solare pot stoca energie, reprezentând sisteme

ÎN lumea modernă Bateriile solare sunt folosite din ce în ce mai puțin separat de alte dispozitive, reprezentând adesea așa-numitele sisteme. Având în vedere că celulele fotovoltaice produc energie electrică doar atunci când sunt expuse direct la lumina soarelui sau la lumină, ele devin practic inutile noaptea sau într-o zi înnorată. Cu sistemele solare, lucrurile stau altfel. Acestea sunt echipate cu o baterie care poate acumula curent electric în timpul zilei, când bateria solară îl produce, iar noaptea, sarcina acumulată poate fi distribuită consumatorilor.

Pentru a crește puterea, tensiunea de ieșire și curentul, panourile sunt create pe baza panourilor solare, unde elemente individuale conectate în serie sau paralel.

Odată cu creșterea constantă a prețurilor la energie electrică, începi inevitabil să te gândești la utilizarea surselor naturale pentru alimentarea cu energie. Una dintre aceste posibilitati o reprezinta panourile solare pentru casa sau gradina ta. Dacă se dorește, pot asigura pe deplin toate nevoile chiar și ale unei case mari.

Proiectarea unui sistem de alimentare cu energie solară

Transformarea energiei solare în electricitate este o idee perioadă lungă de timp i-a ținut treji pe oamenii de știință. Odată cu descoperirea proprietăților semiconductorilor, acest lucru a devenit posibil. Celulele solare folosesc cristale de siliciu. Când lumina soarelui le lovește, în ele se formează o mișcare direcționată a electronilor, care se numește curent electric. La conectarea unui număr suficient de astfel de cristale, obținem curenți destul de decente: un panou cu o suprafață de puțin mai mult de un metru (1,3-1,4 m2 cu un nivel suficient de iluminare poate produce până la 270 W (tensiune). 24 V).

Deoarece iluminarea se modifică în funcție de vreme și de ora din zi, nu este posibilă conectarea directă a dispozitivelor la panourile solare. Nevoie întregul sistem. Pe lângă panourile solare, aveți nevoie de:

• Baterie. În timpul zilei, sub influența razelor solare, panourile solare generează curent electric pentru locuință sau cabană. Nu este întotdeauna folosit în în întregime, excesul său se acumulează în baterie. Energia acumulată este consumată pe vreme nefavorabilă.
• Controlor. Nu este o parte obligatorie, dar de dorit (dacă aveți suficiente fonduri). Monitorizează nivelul de încărcare al bateriei pentru a preveni supra-descărcarea sau depășirea nivelului său maxim de încărcare. Ambele condiții sunt dăunătoare bateriei, așa că deținerea unui controler prelungește durata de viață a bateriei. Controlerul oferă, de asemenea modul optim functionarea panourilor solare.
• Convertor DC la AC (invertor). Nu toate dispozitivele sunt concepute pentru D.C.. Mulți lucrează din Tensiune AC la 220 volți. Convertorul face posibilă obținerea unei tensiuni de 220-230 V.

Panourile solare pentru casă sunt doar o parte a sistemului

Instalând panouri solare pentru casa sau cabana ta, poți deveni complet independent de furnizorul oficial. Dar pentru asta trebuie să ai număr mare baterii, un număr de baterii. Un kit care produce 1,5 kW pe zi costă aproximativ 1000 USD. Acest lucru este suficient pentru a satisface nevoile unei case de vară sau ale unei părți a echipamentului electric din casă. Un set de panouri solare pentru producerea de 4 kW pe zi costă aproximativ 2.200 USD, pentru 9 kW pe zi - 6.200 USD. Deoarece panouri solare pentru casă - sistem modular, puteți cumpăra o instalație care va asigura o parte din nevoi, crescând treptat productivitatea acesteia.

Tipuri de panouri solare

Odată cu creșterea prețurilor la energie, ideea de a folosi energia solară pentru a genera electricitate devine din ce în ce mai populară. Mai mult, odată cu dezvoltarea tehnologiei, convertoarele solare devin din ce în ce mai eficiente și, în același timp, mai ieftine. Așadar, dacă doriți, vă puteți satisface nevoile instalând panouri solare. Dar se întâmplă diferite tipuri. Să ne dăm seama.

Bateria solară în sine este un număr de fotocelule amplasate într-o carcasă comună, protejată de un panou frontal transparent. Pentru uz casnic, celulele solare sunt produse pe bază de siliciu, deoarece este relativ ieftin, iar elementele bazate pe acesta au o eficiență bună (aproximativ 20-24%). Celulele solare monocristaline, policristaline și cu peliculă subțire (flexibile) sunt realizate pe baza de cristale de siliciu. Un anumit număr dintre aceste fotocelule sunt conectate electric între ele (în serie și/sau paralel) și conectate la bornele amplasate pe carcasă.

Fotocelulele sunt instalate într-o carcasă închisă. Carcasa bateriei solare este realizata din aluminiu anodizat. Este ușor și non-coroziv. Panoul frontal realizate din sticlă durabilă care trebuie să reziste la încărcăturile de zăpadă și vânt. In plus, trebuie sa aiba anumite proprietati optice – sa aiba transparenta maxima pentru a transmite cat mai multe raze. În general, din cauza reflexiei se pierde o cantitate semnificativă de energie, astfel încât cerințele pentru calitatea sticlei sunt ridicate și este, de asemenea, acoperită cu un compus antireflex.

Tipuri de fotocelule pentru panouri solare

Panourile solare pentru casa sunt realizate din trei tipuri de celule de siliciu;

Dacă ai un acoperiș înclinat și fațada este orientată spre sud sau est, nu are rost să te gândești prea mult la spațiul ocupat. Modulele policristaline se potrivesc bine acestui lucru. Pentru aceeași cantitate de energie produsă, costă puțin mai puțin.

Cum să alegi sistemul de panouri solare potrivit pentru casa ta

Există concepții greșite comune care te fac să cheltuiești bani în plus pentru a cumpăra prea mult echipamente scumpe. Mai jos sunt recomandări despre cum să construiți corect un sistem de alimentare cu energie din panouri solare și să nu cheltuiți bani în plus.

Ce să cumpăr

Nu toate componentele unei centrale solare sunt vitale pentru funcționare. Unele piese se pot face fără. Acestea servesc la creșterea fiabilității, dar fără ele sistemul este funcțional. Primul lucru de reținut este să achiziționați panouri solare la sfârșitul iernii, începutul primăverii. În primul rând, vremea în acest moment este excelentă, sunt multe zile însorite, zăpada reflectă soarele, mărind iluminarea generală. În al doilea rând, reducerile sunt în mod tradițional anunțate în acest moment. Următoarele sunt sfaturile:

Dacă folosești doar aceste sfaturi și conectezi doar echipamente care funcționează la tensiune constantă, un sistem de panouri solare pentru casa ta va costa o sumă mult mai modestă decât cel mai ieftin kit. Dar asta nu este tot. Puteți lăsa o parte din echipament „pentru mai târziu” sau puteți face cu totul fără el.

Fără ce te poți descurca?

Costul unui set de panouri solare pentru 1 kW pe zi este mai mare de o mie de dolari. Investiție considerabilă. Te vei întreba inevitabil dacă merită și care va fi perioada de rambursare. La tarifele actuale, va trebui să așteptați mai mult de un an până când vă veți primi banii înapoi. Dar costurile pot fi reduse. Nu în detrimentul calității, ci datorită unei scăderi ușoare a confortului de operare al sistemului și datorită unei abordări rezonabile a selecției componentelor acestuia.

Deci, dacă bugetul tău este limitat, te poți descurca cu câteva panouri solare și baterii reîncărcabile, a cărui capacitate este cu 20-25% mai mare decât încărcarea maximă a panourilor solare. Pentru a monitoriza starea, cumpărați un ceas de mașină care măsoară și tensiunea. Acest lucru vă va scuti de a fi nevoit să măsurați încărcarea bateriei de mai multe ori pe zi. În schimb, va trebui să vă uitați la ceas din când în când. Asta e tot pentru început. În viitor, puteți achiziționa panouri solare suplimentare pentru casa dvs. și puteți crește numărul de baterii. Dacă doriți, puteți cumpăra un invertor.

Determinarea dimensiunii și numărului de fotocelule

Panourile solare bune de 12 volți ar trebui să aibă 36 de celule, iar panourile solare de 24 de volți ar trebui să aibă 72 de celule solare. Această sumă este optimă. Cu mai puține fotocelule nu veți obține niciodată curentul declarat. Și aceasta este cea mai bună opțiune.

Nu ar trebui să cumpărați panouri solare duale - 72 și, respectiv, 144 de elemente. În primul rând, sunt foarte mari, ceea ce este incomod pentru transport. În al doilea rând, cu anormal temperaturi scăzute, care ni se întâmplă periodic, ei sunt primii care eșuează. Faptul este că filmul de laminare scade foarte mult în dimensiune pe vreme rece. Pe panouri mari, din cauza tensiunii mari, se dezlipește sau chiar se rupe. Se pierde transparența și productivitatea scade catastrofal. Panoul este in reparatie.

Al doilea factor. Pe panouri mai mari, grosimea corpului și a sticlei ar trebui să fie mai mare. La urma urmei, încărcăturile vântului și zăpezii cresc. Dar acest lucru nu se face întotdeauna, deoarece prețul crește semnificativ. Dacă vedeți un panou dublu, iar prețul pentru acesta este mai mic decât pentru două „obișnuite”, este mai bine să căutați altceva.

Din nou: cea mai buna alegere— un panou solar de 12 volți pentru o locuință, format din 36 fotocelule. Acest cea mai buna varianta, dovedit prin practică.

Specificații tehnice: ce să cauți

Panourile solare certificate indică întotdeauna curentul și tensiunea de funcționare, precum și tensiunea de circuit deschis și curentul de scurtcircuit. Merită luat în considerare faptul că toți parametrii sunt de obicei indicați pentru o temperatură de +25°C. Într-o zi însorită pe acoperiș, bateria se încălzește la temperaturi semnificativ mai mari decât această cifră. Aceasta explică prezența unei tensiuni de funcționare mai mari.

De asemenea, acordați atenție tensiunii în circuit deschis. În bateriile normale este de aproximativ 22 V. Și totul ar fi bine, dar dacă efectuați lucrări la echipament fără a deconecta panourile solare, tensiunea în gol va deteriora invertorul sau alte echipamente conectate care nu sunt proiectate pentru o astfel de Voltaj. Prin urmare, în timpul oricărei lucrări - comutarea firelor, conectarea/deconectarea bateriilor etc. etc. - primul lucru pe care trebuie să-l faceți este să deconectați panourile solare (scoateți bornele). După ce ați trecut prin circuit, le conectați ultimul. Această procedură vă va economisi o mulțime de nervi (și bani).

Carcasă și sticlă

Panouri solare pentru casa au corp din aluminiu. Acest metal nu se corodează și are suficientă rezistență și este ușor. O caroserie normală trebuie asamblată dintr-un profil care conține cel puțin două elemente de rigidizare. În plus, sticla trebuie introdusă în canelura speciala, și nu este asigurată în partea de sus. Toate acestea sunt semne de calitate normală.

Atunci când alegeți o baterie solară, acordați atenție sticlei. În bateriile normale nu este netedă, ci texturată. Este dur la atingere, dacă îl freci cu unghiile, se aude un foșnet. În plus, trebuie să aibă o acoperire de înaltă calitate care să minimizeze strălucirea. Aceasta înseamnă că nimic nu ar trebui să se reflecte în ea. Dacă reflexiile obiectelor din jur sunt vizibile în orice unghi, este mai bine să găsiți un alt panou.

Selectarea secțiunii cablului și a fineței conexiunii electrice

Panourile solare pentru casa dvs. trebuie conectate folosind un cablu de cupru cu un singur conductor. Secțiunea transversală a miezului cablului depinde de distanța dintre modul și baterie:

• distanta mai mica de 10 metri:
  • 1,5 mm2 la baterie solară de 100 W;
  • pentru două baterii - 2,5 mm2;
  • trei baterii - 4,0 mm2;
• distanta mai mare de 10 metri:
  • pentru a conecta un panou luăm 2,5 mm2;
  • două - 4,0 mm2;
  • trei - 6,0 mm2.

Puteți lua o secțiune transversală mai mare, dar nu mai mică (vor fi pierderi mari, dar nu avem nevoie de ea). Când achiziționați fire, acordați atenție secțiunii transversale reale, deoarece astăzi dimensiunile declarate nu corespund foarte des cu cele reale. Pentru a verifica, va trebui să măsurați diametrul și să calculați secțiunea transversală (puteți citi cum să faceți acest lucru).

La asamblarea sistemului, puteți arăta avantajele utilizării panourilor solare cablu cu mai multe fire dintr-o secțiune potrivită, iar pentru minus folosiți una groasă. Înainte de a ne conecta la baterii, trecem toate „plusurile” prin diode sau ansambluri de diode cu un catod comun. Acest lucru previne scurtcircuitarea bateriei (care ar putea provoca un incendiu) dacă firele dintre baterii și baterie sunt scurtcircuitate sau rupte.

Diodele folosesc tipurile SBL2040CT, PBYR040CT. Dacă nu găsiți niciunul, le puteți elimina de la vechile surse de alimentare calculatoare personale. Există de obicei SBL3040 sau altele similare. Este recomandabil să treceți prin diode. Nu uitați că se încinge foarte tare, așa că trebuie să le montați pe un calorifer (puteți folosi doar unul).

Sistemul necesită și o cutie de siguranțe. Unul pentru fiecare consumator. Conectăm întreaga sarcină prin acest bloc. În primul rând, sistemul este mai sigur. În al doilea rând, dacă apar probleme, este mai ușor să-i determinați sursa (cu o siguranță arsă).