Učinkovito pretvaranje slobodnih zraka sunca u energiju, koja se može iskoristiti za opskrbu stambenim i drugim objektima, je najdraži san mnogih apologeta za zelenu energiju.
No, princip rada solarne baterije, i njegova učinkovitost su takve da još nije moguće govoriti o visokoj učinkovitosti takvih sustava. Bilo bi lijepo dobiti vlastiti dodatni izvor struje. Nije li? Štoviše, i danas, u Rusiji, uz pomoć solarnih panela, mnoštvo privatnih kućanstava uspješno se opskrbljuje „besplatnom“ električnom energijom. Još uvijek ne znaš odakle početi?
U nastavku ćemo vam reći o uređaju i principima rada solarnog panela, saznat ćete što određuje učinkovitost solarnog sustava. Video isječci objavljeni u članku pomoći će vam osobno sastaviti solarni panel fotonaponskih ćelija.
Solarni paneli: terminologija
U predmetu "solarne energije" puno nijansi i zbunjenosti. Često, novopridošli razumjeti sve nepoznate pojmove u početku može biti teško. Ali bez toga ne bi bilo mudro baviti se solarnom energijom, nabavljati opremu za generiranje solarne struje.
Ne znajući, možete odabrati ne samo neprikladan panel, već ga jednostavno spaliti kada se priključi ili iz njega izvući premalo energije.
Maksimalni učinak solarnog panela može se postići samo ako se zna kako to radi, od kojih se komponenata i komponenti sastoji i kako se sve to ispravno povezuje.
Prvo, morate razumjeti postojeće vrste opreme za solarnu energiju. Solarni paneli i solarni kolektori su dva bitno različita uređaja. Obojica pretvaraju energiju sunčevih zraka.
Međutim, u prvom slučaju, na izlazu, potrošač prima električnu energiju, au drugoj toplinsku energiju u obliku grijane rashladne tekućine, tj. Solarni paneli koriste se za kućno grijanje.
Druga nijansa je koncept pojma "solarne baterije". Obično riječ "baterija" znači uređaj koji akumulira električnu energiju. Ili vam padne na pamet banalni radijator grijanja. Međutim, u slučaju helio-baterija, situacija je radikalno drugačija. Ne akumuliraju ništa u sebi.
Solarni panel stvara stalnu struju. Kako bi ga pretvorili u varijablu (koja se koristi u svakodnevnom životu), inverter mora biti prisutan u krugu.
Solarni paneli namijenjeni su isključivo za proizvodnju električne struje. Ona se, pak, akumulira da bi napajala kuću strujom noću, kada sunce zađe iza horizonta, već u baterijama koje su prisutne u dodatnom sustavu opskrbe energijom.
Baterija je ovdje namijenjena u kontekstu određenog skupa sličnih komponenti koje su sastavljene u nešto cjelovito. Zapravo, ovo je samo ploča od nekoliko identičnih fotoćelija.
Unutarnja struktura solarne baterije
Postupno, solarne ćelije postaju jeftinije i učinkovitije. Sada se koriste za punjenje baterija u uličnim svjetiljkama, pametnim telefonima, električnim automobilima, privatnim kućama i satelitima u svemiru. Čak su počeli graditi visoko kvalitetne solarne elektrane (SES) s velikim količinama proizvodnje.
Heliobaterija se sastoji od niza fotonaponskih ćelija (fotoelektrični pretvarači FEP) koji pretvaraju energiju fotona od sunca u električnu energiju
Svaka solarna baterija postavljena je kao blok n-tog broja modula koji kombiniraju sekvencijalno spojene poluvodičke fotonaponske ćelije. Da bi razumjeli principe rada takve baterije, potrebno je razumjeti rad ove krajnje jedinice u uređaju heliopanel, stvoren na temelju poluvodiča.
Vrste kristala fotocelica
Opcije FEP iz različitih kemijskih elemenata, postoji ogroman iznos. Međutim, većina njih je razvoj u početnim fazama. Trenutno se komercijalno proizvode samo fotonaponski paneli na bazi silicija.
Silikonski poluvodiči koriste se u proizvodnji solarnih ćelija zbog niske cijene, ne mogu se pohvaliti osobito visokom učinkovitošću
Obična fotocelija u heliopanelu je tanka ploča od dva sloja silicija, od kojih svaki ima svoja fizička svojstva. To je klasični poluvodički pn spoj s parovima elektron-rupa.
Kada fotoni udaraju u FEP između tih slojeva poluvodiča, zbog heterogenosti kristala, formira se foto-EMF ventil, koji rezultira razlikama potencijala i strujom elektrona.
Silikonske ploče fotoćelija razlikuju se u tehnologiji proizvodnje:
- Monokristalni.
- Polycrystalline.
Prvi imaju veću učinkovitost, ali je cijena njihove proizvodnje veća od druge. Izvana, jedna opcija od druge na solarnom panelu može se razlikovati po obliku.
Monokristalni FEP ima homogenu strukturu, izrađene su u obliku kvadrata s izrezanim kutovima. Nasuprot tome, polikristalni elementi imaju strogo kvadratni oblik.
Polikristali se dobivaju kao rezultat postupnog hlađenja rastaljenog silicija. Ova metoda je vrlo jednostavna, tako da su ove fotonaponske ćelije jeftine.
No, njihova učinkovitost u smislu proizvodnje električne energije iz sunčevih zraka rijetko prelazi 15%. To je zbog "nečistoće" dobivenih silicijskih pločica i njihove unutarnje strukture. Ovdje je čišći p-sloj silicija viši od FEP-a.
Čistoća monokristala u tom pogledu je mnogo veća od čistoće polikristalnih analoga. Napravljeni su ne od istopljenog, već umjetno uzgojenog cijelog silicijskog kristala. Koeficijent fotoelektrične pretvorbe FEP-a već dostiže 20-22%.
U zajedničkom modulu, pojedinačne fotocelice se sklapaju na aluminijskom okviru, a da bi ih zaštitili odozgo, pokriveni su trajnim staklom koje ne ometa sunčeve zrake.
Gornji sloj ploče s fotoćelijom okrenutoj prema suncu izrađen je od istog silicija, ali s dodatkom fosfora. Potonji će biti izvor viška elektrona u pn-spoju.
Princip solarne ploče
Kada sunčeve zrake padnu na fotoćeliju, u njoj se stvaraju ne-ravnotežni parovi elektrona-šupljina. Prekomjerni elektroni i "rupe" djelomično se prenose kroz pn spoj s jednog poluvodičkog sloja na drugi.
Kao rezultat, napon se pojavljuje u vanjskom krugu. U tom slučaju, pozitivni pol strujnog izvora formira se na dodir p-sloja, a negativan na n-sloju.
Razlika potencijala (napona) između kontakata fotocelice nastaje uslijed promjena broja "rupa" i elektrona s različitih strana pn spoja kao posljedice zračenja n-sloja sunčevom svjetlošću.
Fotocelice povezane s vanjskim opterećenjem u obliku akumulatora tvore začarani krug s njim. Kao rezultat toga, solarni panel funkcionira kao vrsta kotača, uz koje proteini zajedno spajaju elektrone. A baterija u isto vrijeme postupno dobiva naplatu.
Standardni silicijumski fotoelektrični pretvarači su unijunkcijski elementi. Elektroni prolaze kroz njih samo kroz jedan pn spoj s fotonskom vezom ove tranzicije.
To znači da je svaka takva fotocelica sposobna proizvoditi struju samo iz uskog spektra sunčevog zračenja. Sva druga energija se gubi. Zato je učinkovitost FEP-a tako niska.
Kako bi se povećala učinkovitost solarnih ćelija, nedavno su za njih napravljene silicijeve poluvodičke ćelije. U novim FEP prijelazima već je nekoliko. I svaki od njih u ovoj kaskadi je dizajniran za vlastiti spektar sunčeve svjetlosti.
Rezultat je ukupna učinkovitost pretvorbe fotona u električnu struju za takve solarne ćelije. Ali njihova cijena je mnogo veća. Ovdje ili jednostavnost proizvodnje s niskim troškovima i niskom učinkovitošću, ili viši povrat uz veliku cijenu.
Solarna baterija može raditi i ljeti i zimi (potrebna joj je svjetlost, a ne toplina) - što je manje oblačnosti i svjetlijeg sunca, to će više heliopanel generirati električnu struju
Tijekom rada, fotoćelija i cijela baterija postupno se zagrijavaju. Sva energija koja ne ide na stvaranje električne struje, pretvara se u toplinu. Često se temperatura na površini heliopanela povećava na 50–55 ° C. Ali što je više, fotonaponska ćelija djeluje manje učinkovito.
Kao rezultat toga, isti model solarne baterije u toplini proizvodi manje struje nego u mrazu. Maksimalna učinkovitost fotonaponske emisije na jasan zimski dan. Postoje dva faktora - puno sunca i prirodno hlađenje.
Štoviše, ako padne snijeg na ploči, on će ionako nastaviti proizvoditi električnu energiju. Štoviše, pahulje neće imati vremena čak ni ležati na njemu, topivši se od vrućine zagrijanih foto-ćelija.
Učinkovitost solarnih baterija
Jedna fotocelica, čak iu podne u vedrom vremenu, proizvodi vrlo malo struje, dovoljno za rad LED svjetiljke.
Da bi se povećala izlazna snaga, paralelno se kombinira nekoliko solarnih ćelija kako bi se povećao konstantni napon, a serijski se poveća struja.
Učinkovitost solarnih panela ovisi o:
- temperatura zraka i sama baterija;
- pravilan odabir otpornosti na opterećenje;
- kut upadanja sunčeve svjetlosti;
- prisutnost / odsutnost antirefleksivnog premaza;
- izlaz svjetla.
Što je niža temperatura na ulici, učinkovitije su fotonaponske ćelije i solarna baterija u cjelini. Ovdje je sve jednostavno. No, s izračunom opterećenja situacija je složeniji. Trebalo bi je odabrati na temelju struje koju generira ploča. No njegova se vrijednost mijenja ovisno o vremenskim čimbenicima.
Heliopaneli se izrađuju s očekivanim izlaznim naponom koji je višestruki od 12 V - ako na bateriju morate primijeniti 24 V, trebat ćete paralelno spojiti dvije ploče
Stalno pratite parametre solarne baterije i ručno ispravite njen rad je problematično. Da biste to učinili, bolje je koristiti kontrolni kontroler, koji automatski podešava same postavke heliopanela kako bi postigao maksimalne performanse i optimalne načine rada.
Idealan kut upada sunčevih zraka na solarnu bateriju je ravan. Međutim, s odstupanjem od 30 stupnjeva od okomice, učinkovitost ploče pada samo u području od 5%. No, s daljnjim povećanjem tog kuta, povećat će se udio sunčevog zračenja, čime će se smanjiti učinkovitost FEP-a.
Ako je baterija potrebna kako bi mu se dalo maksimalnu energiju u ljetnim mjesecima, onda bi ona trebala biti orijentirana okomito na prosječnu poziciju Sunca, koju zauzima na ekvinocijima u proljeće i jesen.
Za Moskvu je oko 40-45 stupnjeva do horizonta. Ako je zimi potreban maksimum, ploča treba postaviti u uspravniji položaj.
I još jedna stvar - prašina i prljavština uvelike smanjuju učinkovitost fotoćelija. Fotoni kroz takvu "prljavu" barijeru jednostavno ih ne dosežu i stoga nema ničeg što bi se pretvorilo u električnu energiju. Ploče treba redovito prati ili postaviti tako da se prašina ispire kišom na vlastitu.
Neke solarne ćelije imaju ugrađene leće za koncentriranje zračenja na solarne ćelije. U jasnom vremenu to dovodi do povećane učinkovitosti. Međutim, u teškim oblacima, ove leće donose samo štetu.
Ako uobičajena ploča u takvoj situaciji nastavi stvarati struju, iako u manjim količinama, model objektiva će prestati raditi gotovo u potpunosti.
Sunčeva baterija fotoćelija idealno bi trebala svijetliti ravnomjerno. Ako se ispostavi da je jedan od njegovih dijelova potamnjen, neosvijetljeni FEP se pretvara u parazitsko opterećenje. Ne samo da ne stvaraju energiju u takvoj situaciji, već je i oduzimaju od radnih elemenata.
Paneli bi trebali biti postavljeni tako da na stazi sunčevih zraka nema stabala, zgrada i drugih prepreka.
Shema napajanja kuće od sunca
Solarni sustav uključuje:
- Geliopaneli.
- Kontroler.
- Baterije.
- Pretvarač (transformator).
Regulator u ovoj shemi štiti i solarne baterije i baterije. S jedne strane, sprječava protok obrnutih struja noću i oblačnom vremenu, as druge strane štiti baterije od prekomjernog punjenja / pražnjenja.
Baterije za heliopanele treba odabrati da budu iste i po starosti i kapacitetu, inače će se punjenje / pražnjenje odvijati neujednačeno, što će dovesti do naglog smanjenja njihovog vijeka trajanja.
Za pretvaranje istosmjerne struje u 12, 24 ili 48 volti u izmjenični 220 volt, potreban je inverter. Automobilske baterije ne bi se trebale koristiti u takvoj shemi zbog nemogućnosti da izdrže česta punjenja. Najbolje je investirati i kupiti posebne helijske AGM ili puniti OPzS baterije.
Zaključci i koristan video na temu
Principi rada i dijagrami povezivanja solarnih panela nisu previše teški za razumijevanje. Uz video materijale koje smo prikupili u nastavku, bit će još lakše razumjeti sve zamršenosti rada i instalacije heliopanela.
Dostupan i razumljiv način rada fotonaponskih solarnih panela, detaljno:
Kako su solarni paneli postavljeni u sljedećem videozapisu:
Montaža solarne ploče za samostalni rad:
Svaki element u solarnom sustavu vikendice mora biti ispravno odabran. Neizbježni gubici snage javljaju se na baterijama, transformatorima i regulatoru. I svakako ih treba svesti na minimum, jer će se inače prilično niska učinkovitost heliopanela svesti na nulu.
Tijekom proučavanja materijalnih pitanja? Ili znate vrijedne informacije o temi članka i možete li to priopćiti našim čitateljima? Molimo ostavite svoje komentare u donjem okviru.