El principi de funcionament de la bateria solar: com s’ordena i funciona el panell solar

La conversió efectiva dels raigs lliures del sol en energia que es pot utilitzar per alimentar els allotjaments i altres instal·lacions és un somni apreciat de molts apologistes per a l'energia verda.

Però el principi de funcionament de la bateria solar i la seva eficiència són tals que no cal parlar de l’alta eficiència d’aquests sistemes. Estaria bé tenir la vostra font d’electricitat addicional. Oi? A més, encara avui a Rússia, amb l'ajut de plaques solars, un nombre considerable de llars privades es subministren amb èxit amb electricitat “gratuïta”. Encara no saps per on començar?

A continuació, us explicarem sobre el dispositiu i els principis de funcionament del panell solar, descobrireu de què depèn l’eficiència del sistema solar. I els vídeos publicats a l'article ajudaran a muntar personalment un panell solar a partir de fotocèl·lules.

Panells solars: terminologia

En el tema de l’energia solar hi ha molts matisos i confusions. Sovint és difícil que els principiants entenguin tots els termes desconeguts al principi. Però sense això, dedicar-se a l’energia solar, adquirir equips per generar corrent “solar” no és raonable.

Sense saber-ho, no només podeu triar el panell equivocat, sinó simplement cremar-lo quan esteu connectat o extreure’n massa energia.

Primer cal comprendre les varietats d’equips d’energia solar existents. Els panells solars i els captadors solars són dos dispositius fonamentalment diferents. Tots dos transformen l’energia dels rajos del sol.

Tanmateix, en el primer cas, el consumidor rep energia elèctrica a la presa de sortida i, en el segon cas, l’energia tèrmica en forma de refrigerant escalfat, és a dir. s'utilitzen panells solars calefacció per a la llar.

La rendibilitat màxima del plafó solar es pot obtenir només en saber com funciona, quins components i components consisteix i com es connecta correctament

El segon matís és el concepte del terme “bateria solar”. Típicament, la paraula "bateria" es refereix a algun tipus de dispositiu d'emmagatzematge d'energia. O em ve al cap un radiador de calefacció banal. Tot i això, en el cas de les bateries solars, la situació és radicalment diferent. No acumulen res en si mateixos.

El panell solar genera un corrent elèctric constant. Per convertir-la en una variable (usada a la vida quotidiana), cal tenir present un inversor al circuit

Els panells solars estan dissenyats exclusivament per generar corrent elèctric. Al seu torn, s’acumula per subministrar electricitat a la casa durant la nit, quan el sol s’apaga sobre l’horitzó, ja a les bateries presents a més del règim d’alimentació elèctrica de l’objecte.

La bateria aquí està implicada en el context d'una certa combinació del mateix tipus de components reunits en un sol tot. De fet, es tracta només d’un panell de diverses fotocèl·lules idèntiques.

L’estructura interna de la cèl·lula solar

Gradualment, les plaques solars cada cop són més econòmiques i més eficients. Ara s’utilitzen per recarregar piles en fanals, telèfons intel·ligents, cotxes elèctrics, cases particulars i satèl·lits a l’espai. D’aquests, fins i tot van començar a construir centrals solars de gran abast (SES) amb grans volums de generació.

La bateria solar consta de moltes fotocèl·lules (convertidors fotovoltaics de cèl·lules fotovoltaiques) que converteixen l’energia dels fotons del sol en electricitat

Cada bateria solar està disposada com un bloc d'un enèsim nombre de mòduls que es combinen en fotocèl·lules de semiconductors en sèrie. Per entendre els principis de funcionament d’una bateria d’aquests, és necessari comprendre el funcionament d’aquest enllaç final al dispositiu de plaques solars creat a partir de semiconductors.

Tipus de cristalls de fotocèl·lules

Hi ha moltes opcions per a cèl·lules solars de diferents elements químics. Tanmateix, la majoria d’ells es desenvolupen en les fases inicials. Fins al moment, actualment només es fabriquen panells de cèl·lules solars basades en silici a escala industrial.

Els semiconductors de silici s'utilitzen en la fabricació de cèl·lules solars a causa del seu baix cost, no poden presumir d'una eficàcia especialment elevada

Una cèl·lula solar comuna en un panell solar és una placa fina de dues capes de silici, cadascuna de les quals té les seves pròpies propietats físiques. Aquesta és una unió pn de semiconductor clàssic amb parells electró-forat.

Quan els fotons xoquen amb la PEC entre aquestes capes del semiconductor a causa de la inhomogeneïtat del cristall, es forma una fotoemf porta, que es tradueix en una diferència de potencial i un corrent d’electrons.

Les hòsties de silici de cèl·lules solars difereixen en la tecnologia de fabricació per:

1. Monocristal·lí.
2. Policristal·lina.

Els primers tenen una eficiència més alta, però el cost de la seva producció és superior al dels segons. A l'exterior, es pot distingir una opció a una altra de la placa solar per la seva forma.

Els PEC monocristals tenen una estructura uniforme, estan fets en forma de quadrats amb cantonades tallades. En canvi, els elements policristal·lins tenen una forma estrictament quadrada.

Els policristalls s’obtenen refredant gradualment el silici fos. Aquest mètode és extremadament senzill, per tant, aquestes fotocèl·lules també són econòmiques.

Però la productivitat en termes de generació d’electricitat a partir de la llum solar rarament supera el 15%. Això es deu a la “impuresa” de les neules de silici obtingudes i la seva estructura interna. Aquí, com més neta sigui la capa p de silici, més gran serà l'eficiència del PEC.

La puresa dels cristalls únics a aquest respecte és molt superior a la dels analògics policristal·lins. Estan fets no de fosa, sinó d’un cristall de silici integral cultivat artificialment. El coeficient de conversió fotovoltaica per a aquestes cèl·lules solars ja arriba al 20-22%.

En un mòdul comú, les fotocèl·lules individuals es munten sobre un marc d’alumini i, per protegir-les de dalt, es tanquen amb un vidre durador, que no interfereixi amb els raigs del sol.

La capa superior de la placa de la cèl·lula solar orientada al sol està feta del mateix silici, però amb l’afegit de fòsfor. És aquest darrer que serà la font d’excés d’electrons en el sistema de unió pn.

Un autèntic avenç en l’ús de l’energia solar va ser el desenvolupament de panells flexibles amb silici fotovoltaic amorf:

El principi del panell solar

Quan la llum del sol cau sobre una fotocèl·lula, en ella es generen parells forat d'equilibri. L’excés d’electrons i els “forats” són parcialment transferits a través de la unió pn d’una capa de semiconductor a una altra.

Com a resultat, apareix tensió al circuit extern. En aquest cas, es forma un pol positiu de la font actual al contacte de la capa p, i un pol negatiu a la capa n.

La diferència de potencial (tensió) entre els contactes de la fotocèl·lula apareix a causa d'un canvi en el nombre de "forats" i electrons de diferents costats de la unió p-n com a resultat de la irradiació de la capa n per raigs solars.

Les fotocèl·lules connectades a una càrrega externa en forma de bateria formen un cercle viciós amb aquesta. Com a resultat, el panell solar funciona com una mena de roda al llarg de la qual els electrons "corren" junt amb les proteïnes. I la bateria recarregable va guanyant càrrega a poc a poc.

Les cèl·lules fotovoltaiques de silici estàndard són cèl·lules d’unió única. La transferència d’electrons a ells només es fa a través d’una unió p-n amb una zona d’aquesta transició limitada en energia de fotons.

És a dir, cadascuna d’aquestes fotocèl·lules només és capaç de generar electricitat a partir d’un estret espectre de radiació solar. Es perd tota la resta d’energia. Per tant, l’eficiència de les cèl·lules solars és tan baixa.

Per augmentar l'eficiència de les cèl·lules solars, recentment s'han creat elements de semiconductor de silici per multi-unió (cascada). Al nou FEP ja hi ha diverses transicions. A més, cadascuna d'aquestes cascades està dissenyada per al seu propi espectre de llum solar.

L’eficiència total de la conversió de fotons en corrent elèctric en aquestes fotocèl·lules augmenta en última instància. Però el seu preu és molt més alt. Aquí, ja sigui una facilitat de fabricació amb un baix cost i una eficiència baixa, o rendiments superiors, combinats amb un cost elevat.

La bateria solar pot funcionar tant a l’estiu com a l’hivern (necessita llum, no calor): com menys nuvolositat i el sol brilla més brillant, més el panell solar generarà un corrent elèctric

Durant el funcionament, la fotocèl·lula i tota la bateria s’escalfen gradualment. Tota l’energia que no va passar a la generació de corrent elèctric es transforma en calor. Sovint, la temperatura a la superfície de l’heliopanel puja fins a 50-55 ° С. Però com més alta sigui, menys eficient funciona la cèl·lula fotovoltaica.

Com a resultat, un mateix model de bateria solar genera menys corrent en calor que en temps de fred. Les fotocèl·lules mostren la màxima eficàcia en un dia hivern clar. Hi afecten dos factors: molta sol i refrigeració natural.

A més, si cau neu sobre el panell, continuarà generant electricitat. A més, els flocs de neu ni tan sols tenen temps de ficar-se a sobre, fosos per la calor de les fotocèl·lules escalfades.

Eficiència de la bateria solar

Una fotocèl·lula, fins i tot al migdia, en un clima clar proporciona una mica d’electricitat, només prou perquè la llanterna LED funcioni.

Per augmentar la potència de sortida, es combinen diverses cèl·lules solars en un circuit paral·lel per augmentar la tensió de corrent continu i en sèrie per augmentar la força actual.

L’eficàcia de les plaques solars depèn de:

• la temperatura de l’aire i la pròpia bateria;
• la correcta selecció de la resistència de càrrega;
• angle d’incidència de la llum solar;
• presència / absència de recobriment antireflexiu;
• potència d’un corrent de llum.

Com més baixa sigui la temperatura exterior, més eficients són les fotocèl·lules i la bateria solar en conjunt. Tot és senzill aquí. Però amb el càlcul de la càrrega, la situació és més complicada. Hauria de seleccionar-se en funció de la corrent generada pel tauler. Però el seu valor varia en funció dels factors meteorològics.

Els heliopanels es fabriquen amb una tensió de sortida múltiple de 12 V - si s’han de subministrar 24 V a la bateria, caldrà connectar-la en paral·lel a dos panells

És problemàtic controlar constantment els paràmetres de la bateria solar i ajustar el seu funcionament manualment. És millor utilitzar-lo controlador de control, que ajusta automàticament la configuració del propi panell solar per tal d’aconseguir el màxim rendiment i els modes de funcionament òptims a partir d’aquest.

L’angle d’incidència ideal dels raigs del sol sobre la cèl·lula solar és recte. Tanmateix, quan la desviació es troba a uns 30 graus de la perpendicular, l’eficiència del panell només cau al voltant d’un 5%. Però, amb un augment més d’aquest angle, es reflectirà una proporció creixent de radiació solar, reduint així l’eficiència de les cèl·lules solars.

Si es necessita que la pila doni energia màxima a l’estiu, s’hauria d’orientar perpendicularment a la posició mitjana del Sol, que ocupa a l’equinocci a la primavera i la tardor.

A la regió de Moscou, es troba aproximadament entre 40 i 45 graus a l'horitzó. Si es necessita el màxim a l’hivern, el panell s’ha de situar en posició més vertical.

I una cosa més: la pols i la brutícia redueixen molt el rendiment de les cèl·lules solars. Els fotons a través d’una barrera tan “bruta” simplement no els arriben, cosa que significa que no hi ha res per convertir-se en electricitat. Els panells s’han de rentar regularment o col·locar-los de manera que la pluja sigui rentada per la pluja.

Algunes cèl·lules solars tenen lents integrades per concentrar la radiació a les cèl·lules solars. En temps clar, això comporta una major eficiència. Tot i això, amb una forta cobertura de núvols, aquestes lents només fan mal.

Si un panell convencional en una situació així continua generant corrent, tot i que en volums menors, el model de les lents deixarà de funcionar gairebé per complet.

L’ideal seria que el sol d’una bateria de cèl·lules solars s’ha d’il·luminar uniformement. Si una de les seves seccions s'enfosqueix, el PEC no apte es converteix en una càrrega parasitària. No només en aquesta situació no generen energia, sinó que també la prenen dels elements de treball.

Els plafons s’han d’instal·lar de manera que no hi hagi arbres, edificis o altres obstacles en el camí dels raigs del sol.

Esquema d’energia de la casa des del sol

El sistema d’energia solar inclou:

1. Panells solars.
2. Controlador
3. Bateries.
4. Inverter (transformador).

El controlador d'aquest circuit protegeix tant les plaques solars com les bateries. D’una banda, impedeix que els corrents inversos puguin fluir a la nit i en temps ennuvolat i, d’altra banda, protegeix les bateries de la càrrega / descàrrega excessiva.

Les bateries per a panells solars han de seleccionar-se igual en edat i capacitat, en cas contrari, la càrrega / descàrrega es produirà de forma desigual, cosa que comportarà una forta disminució de la seva vida útil.

Per transformar un corrent continu de 12, 24 o 48 volts en 220 volts alterns necessaris inversor. Les bateries del cotxe no es recomana per utilitzar en un circuit per la seva incapacitat de suportar recàrregues freqüents. El millor és gastar diners i comprar bateries especials d’heli AGM o bateries OPzS gelificades.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Principis de funcionament i plaques solars no massa complicat d’entendre. I amb els materials de vídeo que recopilem a continuació, serà encara més fàcil entendre totes les complexitats del funcionament i la instal·lació de plaques solars.

És accessible i entenedor el funcionament de la bateria solar fotovoltaica, en tots els detalls:

Com es disposen de panells solars, consulteu el vídeo següent:

Muntatge bricolatge d'un panell solar a partir de fotocèl·lules:

Tots els articles de sistema d’energia solar la casa rural ha de ser seleccionada amb competència. Es poden produir pèrdues d'energia inevitables a les bateries, transformadors i controlador. I s'han de reduir al mínim, en cas contrari, l'eficiència suficientment baixa de les plaques solars es reduirà a zero en general.

Durant l’estudi del material hi va haver preguntes? O coneixeu informació valuosa sobre el tema de l’article i la podeu dir als nostres lectors? Si us plau, deixeu els vostres comentaris al quadre següent.