Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Ефективното превръщане на свободните лъчи на слънцето в енергия, която може да се използва за снабдяване с жилища и други обекти, е заветната мечта на много апологети за зелена енергия.

Но принципът на работа на слънчевата батерия и нейната ефективност са такива, че не е необходимо да се говори за високата ефективност на такива системи. Би било хубаво да получите свой собствен допълнителен източник на електричество. Не е ли така? Нещо повече, дори и днес, в Русия, с помощта на слънчеви панели, много частни домакинства са успешно снабдени с „безвъзмездно“ електричество. Все още не знаете откъде да започнете?

По-долу ще ви разкажем за устройството и принципите на работа на слънчевия панел, ще научите какво определя ефективността на слънчевата система. Видеоклиповете, публикувани в статията, ще ви помогнат лично да сглобите слънчев панел от фотоволтаични клетки.

Слънчеви панели: терминология

В темата за "слънчевата енергия" много нюанси и объркване. Често новодошлите, които първоначално могат да разберат всички непознати термини, могат да бъдат трудни. Но без това би било неразумно да се ангажираме със слънчева енергия, придобивайки оборудване за генериране на слънчева енергия.

Несъзнателно можете не само да изберете неподходящ панел, но и просто да го изгорите, когато е свързан или извлечете твърде малко енергия от него.

Максималното въздействие от соларния панел може да бъде постигнато само ако се знае как работи, от кои компоненти и компоненти се състои и как се свързва правилно.

Първо, трябва да разберете съществуващите видове оборудване за слънчева енергия. Слънчевите панели и слънчевите колектори са две фундаментално различни устройства. И двамата превръщат енергията на слънчевите лъчи.

Обаче, в първия случай, на изхода потребителят получава електрическа енергия, а във втория, топлинна енергия под формата на нагряван охладител, т.е. Слънчевите панели се използват за отопление на дома.

Вторият нюанс е концепцията за самия термин „слънчева батерия“. Обикновено думата „батерия“ означава устройство, което акумулира електричество. Или банално отопление радиатор идва на ум. Въпреки това, в случая на хелио-батериите ситуацията е коренно различна. Те не натрупват нищо в себе си.

Слънчевият панел генерира постоянен ток. За да го преобразувате в променлива (използвана в ежедневието), инверторът трябва да присъства във веригата.

Слънчевите панели са предназначени изключително за генериране на електрически ток. Той на свой ред се натрупва, за да снабдява къщата с електричество през нощта, когато слънцето излиза извън хоризонта, вече в акумулаторите, присъстващи в допълнителната енергийна система на обекта.

Батерията тук е в контекста на определен набор от подобни компоненти, които са сглобени в нещо цяло. Всъщност това е просто панел от няколко идентични фотоклетки.

Вътрешната структура на слънчевата батерия

Постепенно слънчевите клетки стават по-евтини и по-ефективни. Сега те се използват за презареждане на батерии в улични лампи, смартфони, електрически автомобили, частни домове и сателити в космоса. Те дори започнаха да строят висококачествени слънчеви електроцентрали (SES) с големи обеми на производство.

Хелиобатерията се състои от набор от фотоволтаични клетки (фотоелектрични преобразуватели FEP), които преобразуват енергията на фотоните от слънцето в електричество

Всяка слънчева батерия е разположена като блок от n-ти брой модули, които съчетават последователно свързани полупроводникови фотоволтаични клетки. За да се разберат принципите на работа на такава батерия, е необходимо да се разбере работата на тази крайна единица в устройството хелиопанел, създаден на базата на полупроводници.

Видове фотоклетъчни кристали

Опции FEP от различни химични елементи, има огромно количество. Въпреки това, повечето от тях са разработки в началните етапи. Понастоящем се произвеждат само фотоволтаични панели на базата на силиций.

Силиконовите полупроводници се използват в производството на слънчеви клетки поради ниската си цена, не могат да се похвалят с особено висока ефективност

Обикновена фотоклетка в хелиопанела е тънка пластина от два слоя силиций, всеки от които има свои физически свойства. Това е класическа полупроводникова pn връзка с двойки електрон-дупка.

Когато фотоните ударят FEP между тези слоеве на полупроводника, поради хетерогенността на кристала се образува фото-ЕМП клапан, който води до потенциална разлика и електронен ток.

Силиконовите плочи от фотоклетки се различават по технологията на производство:

  1. Monocrystalline.
  2. Поликристални.

Първите имат по-висока ефективност, но цената на тяхното производство е по-висока от втората. Външно, една опция от друга на соларния панел може да се разграничи по форма.

Еднокристалният FEP има хомогенна структура, те са направени под формата на квадрати с нарязани ъгли. За разлика от това, поликристалните елементи имат строго квадратна форма.

Поликристали се получават в резултат на постепенното охлаждане на стопения силиций. Този метод е изключително прост, така че тези фотоволтаични клетки са евтини.

Но тяхното представяне по отношение на генерирането на електричество от слънчевите лъчи рядко надвишава 15%. Това се дължи на "примесите" на получените силициеви пластини и тяхната вътрешна структура. Тук по-чистият p-слой на силиция, толкова по-висока е ефективността на FEP от него.

Чистотата на монокристалите в това отношение е много по-висока от тази на поликристалните аналози. Те са направени не от разтопен, а от изкуствено отглеждан цял кристал от силиций. Коефициентът на фотоелектрично преобразуване на такъв FEP вече достига 20-22%.

В общ модул отделните фотоклетки се сглобяват върху алуминиева рамка и за да ги предпазят отгоре, те са покрити с трайно стъкло, което не пречи на слънчевите лъчи.

Горният слой на фотоклетката, обърната към слънцето, е направен от същия силиций, но с добавяне на фосфор. Това е последното, което ще бъде източник на излишни електрони в pn-кръстосаната система.

Принципът на слънчевия панел

Когато слънчевите лъчи попаднат върху фотоклетката, в нея се генерират неравновесни двойки електронни дупки. Излишните електрони и "дупки" се прехвърлят частично през pn-прехода от един полупроводников слой към друг.

В резултат на това във външната верига се появява напрежение. В този случай положителният полюс на токовия източник се формира при контакта на p-слоя и отрицателен в n-слоя.

Разликата в потенциала (напрежението) между контактите на фотоклетката се дължи на промените в броя на "дупките" и електроните от различни страни на pn-прехода като резултат от облъчването на n-слоя от слънчевата светлина.

Фотоклетките, свързани с външен товар под формата на батерия, образуват порочен кръг с него. В резултат на това слънчевият панел работи като вид колело, по протежение на което протеините работят заедно. И батерията в същото време постепенно набира такса.

Стандартните силициеви фотоелектрични преобразуватели са едновключващи елементи. Електроните преминават през тях само през един pn-преход с фотон-ограничена зона на този преход.

Това означава, че всяка такава фотоклетка може да генерира електричество само от тесен спектър на слънчева радиация. Всяка друга енергия се губи. Ето защо ефективността на FEP е толкова ниска.

За да се увеличи ефективността на слънчевите клетки, силициевите полупроводникови клетки наскоро бяха направени за много преходи (каскадни) за тях. В новите FEP преходите вече са няколко. И всеки от тях в тази каскада е проектиран за собствения си спектър на слънчева светлина.

В резултат се повишава общата ефективност на преобразуването на фотоните в електрически ток за такива слънчеви клетки. Но цената им е много по-висока. Тук или лекотата на производство с ниска цена и ниска ефективност, или по-висока възвръщаемост, заедно с висока цена.

Слънчевата батерия може да работи както през лятото, така и през зимата (тя се нуждае от светлина, а не от топлина) - колкото по-малко облачност и по-ярка слънчева светлина, толкова по-гелиопанел ще генерира електрически ток

По време на работа фотоклетката и цялата батерия постепенно се загряват. Всичката енергия, която не е била генерирана от електрически ток, се трансформира в топлина. Често температурата на повърхността на хелиопанела се повишава до 50–55 ° С. Но колкото е по-висока, толкова по-малко ефективно функционира фотоволтаичната клетка.

В резултат на това същият модел на слънчевата батерия в топлината генерира по-малко ток, отколкото при замръзване. Максимална ефективност на фотоволтаичното шоу в ясен зимен ден. Има два фактора - много слънце и естествено охлаждане.

Освен това, ако на панела падне сняг, той ще продължи да произвежда електроенергия. Освен това, снежинките няма дори да имат време да лежат върху него, топящи се от топлината на нагретите фотоклетки.

Ефективност на слънчевите батерии

Една фотоклетка, дори и по обяд при ясно време, произвежда много малко електричество, което е достатъчно за работата на LED фенерчето.

За да се увеличи изходната мощност, няколко слънчеви клетки се комбинират паралелно за увеличаване на постоянното напрежение и последователно за увеличаване на тока.

Ефективността на слънчевите панели зависи от:

  • температурата на въздуха и самата батерия;
  • правилен избор на устойчивост на натоварване;
  • ъгъл на падане на слънчева светлина;
  • наличието / отсъствието на антирефлексно покритие;
  • светлинна мощност.

Колкото по-ниска е температурата на улицата, толкова по-ефективни са фотоволтаичните клетки и слънчевата батерия като цяло. Тук всичко е просто. Но с изчисляването на натоварването ситуацията е по-сложно. Тя трябва да бъде избрана въз основа на тока, генериран от панела. Но стойността му се променя в зависимост от климатичните фактори.

Хелиопанелите се произвеждат с очакване на изходно напрежение, което е кратно на 12 V - ако трябва да приложите 24 V към батерията, ще трябва да свържете паралелно към него паралелно.

Постоянно следете параметрите на слънчевата батерия и ръчно коригирайте работата й е проблематично. За да направите това, е по-добре да използвате контролера, който автоматично настройва самите настройки на heliopanel, за да постигне максимална производителност и оптимални режими на работа.

Идеалният ъгъл на падане на слънчевите лъчи върху слънчевата батерия е прав. Въпреки това, с отклонение от 30 градуса от перпендикуляра, ефективността на панела пада само в областта от 5%. Но с по-нататъшно увеличаване на този ъгъл ще се отрази нарастваща част от слънчевата радиация, като по този начин ще се намали ефективността на FEP.

Ако се изисква батерията да му даде максималната енергия през лятото, то тя трябва да бъде ориентирана перпендикулярно на средното положение на Слънцето, което тя заема на равноденствията през пролетта и есента.

За Московска област е около 40–45 градуса до хоризонта. Ако е необходим максимум през зимата, панелът трябва да се постави в по-изправено положение.

И още нещо - прахът и мръсотията значително намаляват работата на фотоклетките. Фотоните чрез такава „мръсна” бариера просто не достигат до тях и затова няма какво да се преобразува в електричество. Панелите трябва редовно да се мият или да се поставят така, че прахът да се измие от дъжд сами.

Някои слънчеви клетки имат вградени лещи за концентриране на радиацията върху слънчевите клетки. При ясно време това води до повишена ефективност. Въпреки това, в тежки облаци, тези лещи само да навреди.

Ако обичайният панел в такава ситуация продължава да генерира ток, макар и в по-малки обеми, моделът на обектива ще спре да работи почти напълно.

В идеалния случай слънчевата батерия на фотоклетки трябва да свети равномерно. Ако една от неговите части се окаже затъмнена, тогава неосветената FEP се превръща в паразитно натоварване. Те не само не генерират енергия в такава ситуация, но и я отнемат от работните елементи.

Панелите трябва да бъдат монтирани така, че да няма дървета, сгради и други бариери по пътя на слънчевите лъчи.

Енергийната схема на къщата от слънцето

Слънчевата енергийна система включва:

  1. Geliopaneli.
  2. Controller.
  3. Батерии.
  4. Инвертор (трансформатор).

Контролерът в тази схема защитава както слънчевите батерии, така и батериите. От една страна, тя предотвратява потока на обратни токове през нощта и при облачно време, а от друга страна, предпазва батериите от прекомерно зареждане / разреждане.

Батериите за хелиопанелите трябва да бъдат избрани така, че да бъдат еднакви по възраст и капацитет, в противен случай зареждането / разреждането ще се случи неравномерно, което ще доведе до рязко намаляване на експлоатационния им живот.

За преобразуване на постоянен ток в 12, 24 или 48 волта в променлив 220 волта е необходим инвертор. Автомобилните акумулатори не трябва да се използват в такава схема поради неспособността им да издържат на честите презареждания. Най-добре е да инвестирате и да закупите специални хелиеви AGM или запълващи OPzS батерии.

Заключения и полезно видео по темата

Принципите на работа и схемите на свързване на слънчевите панели не са много трудни за разбиране. И с видео материалите, които събрахме по-долу, ще бъде още по-лесно да разберете всички тънкости на работата и инсталирането на хелиопанелите.

Достъпни и разбираеми, как работи фотоволтаичният слънчев панел в детайли:

Как са подредени слънчевите панели в следния видеоклип:

Сглобяване на слънчеви панели:

Всеки елемент в слънчевата енергийна система на вилата трябва да бъде избран правилно. Неизбежни загуби на мощност възникват при батериите, трансформаторите и контролера. И те определено трябва да бъдат сведени до минимум, иначе сравнително ниската ефективност на хелиопанелите ще бъде сведена до нула.

По време на изучаването на материалните въпроси? Или знаете ценна информация по темата на статията и можете ли да я съобщите на нашите читатели? Моля, оставете вашите коментари в полето по-долу.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Строителство