Principiul de funcționare și dispozitivul panourilor solare

Principiul de funcționare al bateriei solare

Dispozitivul este conceput pentru a transforma direct razele soarelui în energie electrică. Această acțiune se numește efect fotoelectric. Semiconductoarele (plachete de siliciu), care sunt folosite pentru a face elemente, au electroni încărcați pozitiv și negativ și sunt formate din două straturi, stratul n (-) și stratul p (+). Electronii în exces sub influența luminii solare sunt scoși din straturi și ocupă locuri goale într-un alt strat. Acest lucru face ca electronii liberi să se miște constant, deplasându-se de la o placă la alta, generând energie electrică care este stocată în baterie.

Modul în care funcționează o baterie solară depinde în mare măsură de designul acesteia. Celulele solare au fost fabricate inițial din siliciu.Sunt încă foarte populare, dar întrucât procesul de curățare a siliciului este destul de laborios și costisitor, se dezvoltă modele cu fotocelule alternative din compuși de cadmiu, cupru, galiu și indiu, dar sunt mai puțin productive.

Eficiența panourilor solare a crescut odată cu dezvoltarea tehnologiei. Astăzi, această cifră a crescut de la un procent, care a fost înregistrat la începutul secolului, la peste douăzeci de procente. Acest lucru ne permite astăzi să folosim panouri nu numai pentru nevoile casnice, ci și pentru producție.

Specificații

Dispozitivul bateriei solare este destul de simplu și constă din mai multe componente:

Direct celule solare / panou solar;

Un invertor care convertește curentul continuu în curent alternativ;

Controler pentru nivelul bateriei.

Cumpărați baterii pentru panouri solare ar trebui să se bazeze pe funcțiile necesare. Ei stochează și distribuie energie electrică. Depozitarea și consumul are loc pe tot parcursul zilei, iar noaptea taxa acumulată este doar consumată. Astfel, există o aprovizionare constantă și continuă cu energie.

Încărcarea și descărcarea excesivă a bateriei vor scurta durata de viață a acesteia. Controlerul solar de încărcare a bateriei suspendă automat acumularea de energie în baterie atunci când aceasta a atins parametrii maximi și oprește sarcina dispozitivului atunci când este puternic descărcat.

(Tesla Powerwall - baterie cu panou solar de 7KW - și încărcare acasă pentru vehicule electrice)

Invertorul de rețea pentru panouri solare este cel mai important element de design. El transformă energia primită de la razele soarelui în curent alternativ de diferite capacități.Fiind un convertor sincron, combină tensiunea de ieșire a curentului electric în frecvență și fază cu o rețea staționară.

Fotocelulele pot fi conectate atât în ​​serie, cât și în paralel. Ultima opțiune mărește parametrii de putere, tensiune și curent și permite dispozitivului să funcționeze chiar dacă un element își pierde funcționalitatea. Modelele combinate sunt realizate folosind ambele scheme. Durata de viață a plăcilor este de aproximativ 25 de ani.

Alegerea panourilor solare pentru o casă privată

Înainte de a cumpăra panouri solare pentru o casă privată, aflați:

• Consumul zilnic de energie electrică în cameră;
• Un loc pentru instalarea panourilor (direcționat spre sud, în timp ce nu ar trebui să existe umbră pe ele și trebuie stabilit unghiul de înclinare adecvat);
• Bateriile se pun intr-o camera calda la aceasta temperatura pana la 25 de grade Celsius;
• Luați în considerare sarcinile de vârf ale aparatelor electrice;
• Utilizarea sezonieră sau permanentă a sistemului.

Pentru regiunile cu activitate luminoasă ridicată, bateriile monocristaline sunt cele mai potrivite. Pentru o reședință de vară sau o parcelă personală, dacă este planificată utilizarea sezonieră, modelele policristaline micromorfe sunt cele mai potrivite. Sunt relativ ieftine, percep bine lumina laterală difuză și lucrează în unghi pe vreme înnorată.

Exemplu de calcul

Zona suburbană consumă 3-6 kWh de energie electrică, dar această cifră poate fi mai mare atunci când se utilizează un număr mare de aparate electrice sau iluminat suplimentar acasă. O cabană cu trei etaje consumă de la 20 la 50 kWh și chiar mai mult. Pe baza informațiilor furnizate vom face un calcul.

Intensitatea energetică a cabanei este de 7 kW (inclusiv pierderi). Dacă casa este situată în sud, unde există suficientă lumină solară pentru alimentarea cu energie, atunci vor fi necesare aproximativ 20 de baterii. Puterea de lucru a unui panou este de 400 de wați. Această sumă este suficientă pentru a furniza energie unei zone suburbane în care locuiește permanent o familie de 4-6 persoane.

Instalare

Când cumpărați produse ale unei anumite companii, obțineți diagrame și instrucțiuni detaliate de cablare și puteți instala surse de alimentare neîntreruptibile și panouri solare cu propriile mâini. Dar dacă nu doriți să vă ocupați de instalarea și configurarea sistemelor sau nu ați făcut niciodată acest lucru înainte, atunci încredințați această muncă profesioniștilor.

Specialiștii merg la șantier și efectuează instalarea și punerea în funcțiune a echipamentelor într-un timp scurt. În medie, instalarea unei centrale solare durează de la una până la patru zile, în funcție de complexitatea sistemului, iar o sursă de alimentare neîntreruptibilă este instalată în decurs de una până la două zile.

Instalarea modulelor solare are loc conform unei scheme pre-aprobate și a tuturor componentelor sistemului; bateriile, controlerele de încărcare și convertoarele sunt instalate într-un loc convenabil și accesibil pentru dvs. Centrala electrica este usor de intretinut. Panourile solare au o suprafață netedă din sticla speciala, care nu permite acumularea zapezii si prafului. Bateriile utilizate pentru sistemele solare nu necesită întreținere și au o durată de viață de până la 10 ani.

sfaturi

Experții oferă mai multe recomandări cu privire la modul de așezare și conectare corectă a panourilor solare.

Cel mai adesea, produsele care folosesc surse alternative de energie sunt montate pe acoperiș sau pe pereții construcției de locuințe, mai rar folosesc suporturi speciale de încredere.

În orice caz, orice întrerupere ar trebui exclusă complet, adică bateriile ar trebui să fie orientate astfel încât să nu cadă sub umbra copacilor înalți și a clădirilor învecinate.
Instalarea unui set de plăci se realizează pe rânduri, aranjarea lor este paralelă, în acest sens, este extrem de important să ne asigurăm că rândurile superioare nu aruncă o umbră asupra celor de dedesubt. Această cerință este foarte importantă, deoarece umbrirea completă sau parțială provoacă o reducere și chiar o oprire completă a oricărei producții de energie, în plus, poate apărea efectul formării de „curenți inversi”, ceea ce provoacă adesea defectarea echipamentului.

Orientarea corectă la lumina soarelui este esențială pentru eficiența și eficacitatea panourilor.

Este foarte important ca suprafața să primească toate razele UV posibile. Orientarea corectă se calculează pe baza datelor privind amplasarea geografică a clădirii

De exemplu, dacă panourile sunt montate pe partea de nord a clădirii, atunci panourile ar trebui să fie orientate spre sud.
La fel de important este unghiul general de înclinare a structurii, acesta fiind determinat și de orientarea geografică a structurii.Experții au calculat că acest indicator ar trebui să corespundă latitudinii locației casei și, deoarece soarele, în funcție de perioada anului, își schimbă de mai multe ori locația deasupra orizontului, este logic să se ia în considerare ajustarea unghiului final de instalare al casei. baterii. De obicei, corecția nu depășește 12 grade.

• Bateriile trebuie așezate astfel încât să ofere acces liber la ele, deoarece în timpul rece al iernii va fi necesar să le curățați periodic de zăpada care atacă, iar în sezonul cald - de petele de ploaie, care reduc semnificativ eficiența. a folosirii bateriilor.
• Până în prezent, există multe modele chinezești și europene de panouri solare la vânzare, care diferă ca preț, astfel încât fiecare poate instala modelul optim pentru bugetul său.

În concluzie, trebuie menționat că planeta noastră va primi cel mai mare beneficiu din utilizarea panourilor solare, deoarece această sursă de energie nu dăunează absolut mediului. Dacă ție, ca consumator, îți pasă de viitorul Pământului nostru, de potențialul resurselor sale terestre și de conservarea resurselor naturale, atunci panourile solare sunt cea mai bună alegere.

Cum se instalează o baterie solară pe acoperișul casei, vezi următorul videoclip.

Concluzie asupra subiectului

O abordare profesională a instalării unei centrale solare vă va permite să luați în considerare toți factorii, nuanțele și să evitați greșelile enervante.

Reguli generale de instalare a panourilor solare

La instalarea panourilor solare, este necesar să se țină cont de 5 factori, a căror combinație determină în cele din urmă locul și metoda de instalare:

1. Disiparea căldurii
2. Umbră
3. Orientare
4. Înclinaţie
5. Disponibilitate pentru service

După cum am menționat mai sus, disiparea căldurii joacă un rol important în menținerea performanței bateriilor. Este imperativ să lăsați un spațiu de ventilație între panou și planul de instalare și cu cât este mai mare, cu atât mai bine. De obicei, la montarea unui cadru sau a unui cadru pentru montarea modulelor între panou și avion, rămân 5-10 centimetri. Ventilatia maxima este asigurata atunci cand este montata pe un cadru sau tija separata.

Orice umbră care cade pe baterie din copaci sau clădiri „stinge” celula umbrită, ceea ce accelerează degradarea modulelor scumpe monocristaline și oprește complet generarea de energie în cele policristaline. Producătorii oferă diverse modalități de a minimiza riscul unui „punct fierbinte” din cauza întreruperii circuitului electric, care trebuie luat în considerare la cumpărare. Dar este mai bine să instalați bateria în așa fel încât umbra „dură” să nu cadă pe ea în niciun fel. Umbra „moale” datorată ceții, norilor sau smog-ului nu dăunează bateriei, ci doar reduce puterea de ieșire.

Trebuie să orientați bateria spre sud - astfel încât insolația va fi maximă. Toate celelalte metode de instalare sunt compromisuri și este mai bine să nu le luați în considerare. Ar fi nerezonabil să cheltuiți zeci de mii de ruble pentru achiziționarea de module, dar ar fi nerezonabil să orientați bateria nu spre soare. Hărțile de insolație pentru diferite regiuni ale Federației Ruse sunt publicate pe internet și sunt disponibile publicului. Fâșia centrală a Rusiei este situată în principal în a doua zonă de insolație, unde de la 1 mp. metri ai unui modul solar ideal instalat corespunzător pot produce până la 3 kWh/zi.

Disponibilitatea unei baterii pentru curățarea rapidă a suprafeței vă permite să efectuați această operațiune simplă fără implicarea specialiștilor.Iarna, suprafața trebuie eliberată de zăpadă, vara - de praf și murdărie cauzate de vânt și ploaie. Dacă în apropiere există un obiect în construcție, atunci suprafața modulelor va trebui curățată zilnic. Cel mai simplu mod de a face acest lucru este cu un jet de apă de la un furtun sau orice perie pentru curățarea geamurilor.

Cum să obțineți eficiența maximă

Atunci când cumpărați panouri solare pentru casa dvs., este foarte important să alegeți un design care să vă ofere casei dumneavoastră suficientă putere. Se crede că eficiența panourilor solare pe vreme înnorată este de aproximativ 40 W pe 1 metru pătrat pe oră.

De fapt, pe vreme înnorată, puterea luminii la nivelul solului este de aproximativ 200 de wați pe metru pătrat, dar 40% din lumina soarelui este radiație infraroșie, la care panourile solare nu sunt susceptibile. De asemenea, merită luat în considerare faptul că eficiența bateriei depășește rar 25%.

Uneori, energia din lumina intensă a soarelui poate ajunge la 500 W pe metru pătrat, dar calculele ar trebui să țină cont de cifrele minime, ceea ce va face ca sistemul de alimentare autonomă să fie neîntrerupt.

În fiecare zi soarele strălucește în medie 9 ore, dacă luăm media anuală. Într-o zi, un metru pătrat de suprafață a convertorului este capabil să genereze 1 kilowatt de electricitate. Dacă locuitorii casei consumă aproximativ 20 de kilowați de energie electrică pe zi, atunci suprafața minimă a panourilor solare ar trebui să fie de aproximativ 40 de metri pătrați.

Cu toate acestea, un astfel de indicator al consumului de energie electrică în practică este rar. De regulă, chiriașii vor folosi până la 10 kW pe zi.

Dacă vorbim despre dacă panourile solare funcționează iarna, atunci merită să ne amintim că în această perioadă a anului durata orelor de lumină este mult redusă, dar dacă furnizați sistemului cu baterii puternice, atunci energia primită pe zi ar trebui să fie suficient, ținând cont de prezența unei baterii de rezervă.

Atunci când alegeți o baterie solară, este foarte important să acordați atenție capacității bateriilor. Dacă aveți nevoie de panouri solare care funcționează noaptea, atunci capacitatea bateriei de rezervă joacă un rol cheie. De asemenea, dispozitivul trebuie sa fie rezistent la reincarcari frecvente.

De asemenea, dispozitivul trebuie sa fie rezistent la reincarcari frecvente.

În ciuda faptului că costul instalării panourilor solare poate depăși 1 milion de ruble, costurile se vor amortiza în câțiva ani, deoarece energia solară este absolut gratuită.

Cum funcționează o baterie solară

Toate viețuitoarele de pe pământ au apărut datorită energiei soarelui. În fiecare secundă, o cantitate uriașă de energie vine la suprafața planetei sub formă de radiație solară. În timp ce ardem mii de tone de cărbune și produse petroliere pentru a ne încălzi casele, țările mai apropiate de ecuator lâncezesc în căldură. A folosi energia soarelui pentru nevoile umane este o sarcină demnă pentru mințile curios. În acest articol, vom lua în considerare proiectarea unui convertor direct de lumină solară în energie electrică - o celulă solară.

Placa subțire este formată din două straturi de siliciu cu proprietăți fizice diferite. Stratul interior este siliciu pur monocristal cu conductivitate prin orificii. În exterior, este acoperit cu un strat foarte subțire de siliciu „contaminat”, de exemplu, cu un amestec de fosfor.Un contact metalic solid este aplicat pe partea din spate a plăcii. La limita straturilor n și p, ca urmare a depășirii sarcinilor, se formează zone epuizate cu o sarcină de volum pozitivă necompensată în n-strat și volum încărcătură negativă în stratul p. Aceste zone formează împreună o joncțiune p-n.

Bariera potențială care apare la joncțiune împiedică trecerea purtătorilor majoritari de sarcină, adică. electronii din partea stratului p, dar trec liber purtători minori în direcții opuse. Această proprietate a joncțiunilor p-n determină posibilitatea obținerii foto-emf la iradierea celulelor solare cu lumina solară. Când SC este iluminat, fotonii absorbiți generează perechi electron-gaură neechilibrate. Electronii generați în stratul p în apropierea joncțiunii p-n se apropie de joncțiunea p-n și sunt transportați către regiunea n de câmpul electric existent în aceasta.

În mod similar, găurile în exces create în stratul n sunt parțial transferate la stratul p. Ca rezultat, stratul n capătă o sarcină negativă suplimentară, iar stratul p capătă una pozitivă. Diferența de potențial de contact inițială dintre straturile p și n ale semiconductorului scade și apare o tensiune în circuitul extern. Polul negativ al sursei de curent corespunde stratului n, iar stratul p celui pozitiv.

Majoritatea celulelor solare moderne au o singură joncțiune p-n. Într-un astfel de element, purtătorii de sarcină liberi sunt creați numai de acei fotoni a căror energie este mai mare sau egală cu banda interzisă. Cu alte cuvinte, răspunsul fotoelectric al unei singure celule de joncțiune este limitat la partea din spectrul solar a cărei energie este mai mare decât banda interzisă, iar fotonii cu energie mai mică nu sunt utilizați.Această limitare poate fi depășită de structuri multistrat a două sau mai multe SC-uri cu diferite benzi interzise. Astfel de elemente se numesc multi-joncțiune, cascadă sau tandem. Deoarece lucrează cu o porțiune mult mai mare a spectrului solar, au o eficiență de conversie fotovoltaică mai mare. Într-o celulă solară tipică cu mai multe joncțiuni, fotocelulele individuale sunt aranjate una în spatele celeilalte, astfel încât lumina soarelui lovește prima celula cu cea mai mare bandgap, în timp ce fotonii cu cea mai mare energie sunt absorbiți.

Bateriile nu funcționează din lumina soarelui, ci din lumina soarelui în principiu. Radiația electromagnetică ajunge pe pământ în orice moment al anului. Doar pe vreme înnorată, se produce mai puțină energie. De exemplu, am instalat lumini autonome alimentate cu energie solară. Desigur, există perioade scurte în care bateriile nu au timp să se încarce complet. Dar, în general, acest lucru nu se întâmplă atât de des în timpul iernii.

Interesant este că, chiar dacă zăpada cade pe panoul solar, acesta continuă să convertească energia solară. Și datorită faptului că fotocelulele se încălzesc, zăpada însăși se dezgheță. Principiul este același cu încălzirea geamului unei mașini.

Vreme de iarnă perfectă pentru o zi geroasă fără nori a bateriei solare. Uneori, în astfel de zile pot fi aranjate chiar și înregistrări ale generațiilor.

Iarna, randamentul panoului solar scade. În Moscova și regiunea Moscovei, în medie, produce de 8 ori mai puțină energie electrică pe lună. Să presupunem că vara pentru funcționarea unui frigider, a unui computer și a iluminatului de deasupra capului acasă este nevoie de 1 kW de energie, apoi iarna este mai bine să vă aprovizionați cu 2 kW pentru fiabilitate.

În același timp, în Orientul Îndepărtat, durata de însorire este mai lungă, eficiența este redusă doar de o dată și jumătate până la două ori. Și, desigur, cu cât este mai la sud, cu atât diferența dintre iarnă și vară este mai mică.

Unghiul de înclinare al modulelor este de asemenea important. Puteți seta unghiul universal pentru întregul an. Și te poți schimba de fiecare dată, în funcție de anotimp. Acest lucru nu este făcut de proprietarii casei, ci de specialiștii care merg pe șantier.

Opțiuni de conectare solară

Panourile solare sunt formate din mai multe panouri individuale. Pentru a crește parametrii de ieșire ai sistemului sub formă de putere, tensiune și curent, elementele sunt conectate între ele, aplicând legile fizicii.

Conectarea mai multor panouri între ele poate fi realizată folosind una dintre cele trei scheme de montare a panourilor solare:

• paralel;
• consistent;
• amestecat.

Circuitul paralel presupune conectarea bornelor cu același nume între ele, în care elementele au două noduri comune de convergență a conductorilor și ramificarea acestora.

Cu un circuit paralel, plusurile sunt conectate la plusuri, iar minusurile la minusuri, drept urmare curentul de ieșire crește, iar tensiunea de ieșire rămâne în limita de 12 volți.

Valoarea curentului de ieșire maxim posibil într-un circuit paralel este direct proporțională cu numărul de elemente conectate. Principiile de calcul a cantității sunt date în articolul pe care îl recomandăm.

Circuitul serial presupune conectarea polilor opuși: „plusul” primului panou la „minusul” celui de-al doilea. Restul „plus” nefolosit al celui de-al doilea panou și „minus” al primei baterii sunt conectate la controlerul situat mai departe de-a lungul circuitului.

Acest tip de conexiune creează condiții pentru fluxul de curent electric, în care există o singură modalitate de a transfera purtătorul de energie de la sursă la consumator.

Cu o conexiune în serie, tensiunea de ieșire crește și ajunge la 24 de volți, ceea ce este suficient pentru a alimenta echipamente portabile, lămpi LED și unele receptoare electrice

Un circuit serie-paralel sau mixt este cel mai des folosit atunci când este necesar să se conecteze mai multe grupuri de baterii. Prin aplicarea acestui circuit, atât tensiunea, cât și curentul pot fi crescute la ieșire.

Cu o schemă de conectare serie-paralelă, tensiunea de ieșire atinge un semn, ale cărui caracteristici sunt cele mai potrivite pentru rezolvarea majorității sarcinilor casnice

Această opțiune este, de asemenea, benefică în sensul că în cazul defectării unuia dintre elementele structurale ale sistemului, alte lanțuri de legătură continuă să funcționeze. Acest lucru crește semnificativ fiabilitatea întregului sistem.

Galerie de imagini

Fotografie de la

Conectarea celulelor solare

Numar de panouri in functie de necesitati

Conectarea în serie a aparatelor solare

Conectare directa la corpuri de iluminat

Principiul asamblării unui circuit combinat se bazează pe faptul că dispozitivele din fiecare grup sunt conectate în paralel. Și conectarea tuturor grupurilor într-un circuit se realizează secvenţial.

Prin combinarea diferitelor tipuri de conexiuni, nu va fi dificil să asamblați o baterie cu parametrii necesari. Principalul lucru este că numărul de celule conectate trebuie să fie astfel încât tensiunea de funcționare furnizată bateriilor, ținând cont de scăderea acesteia în circuitul de încărcare, să depășească tensiunea bateriilor în sine și curentul de sarcină al bateriei în același timp. timpul oferă cantitatea necesară de curent de încărcare.