Princip fungování solární baterie: jak je solární panel uspořádán a jak funguje

Efektivní přeměna volných paprsků slunce na energii, kterou lze použít k napájení bydlení a dalších zařízení, je cenným snem mnoha omluvitelů za zelenou energii.

Princip fungování solární baterie a její účinnost jsou však takové, že vysoká účinnost takových systémů není dosud diskutována. Bylo by hezké mít svůj vlastní přídavný zdroj elektřiny. Správně? Navíc ještě dnes v Rusku je pomocí solárních panelů značná část soukromých domácností úspěšně zásobována „bezplatnou“ elektřinou. Stále nevíte, kde začít?

Níže vám řekneme o zařízení a zásadách fungování solárního panelu, zjistíte, na čem závisí účinnost solárního systému. A videa zveřejněná v článku pomohou osobně sestavit solární panel z fotobuněk.

Solární panely: terminologie

V předmětu „sluneční energie“ existuje mnoho nuancí a zmatků. Pro začátečníky je často obtížné nejprve pochopit všechny neznámé pojmy. Bez tohoto je však zapojení sluneční energie, získávání zařízení pro generování „solárního“ proudu, nepřiměřené.

Nevědomě si můžete nejen vybrat špatný panel, ale jednoduše ho vypálit při připojení nebo odebrat z něj příliš málo energie.

Nejprve musíte pochopit existující paletu zařízení pro sluneční energii. Solární panely a solární kolektory jsou dvě zásadně odlišná zařízení. Oba transformují energii paprsků slunce.

V prvním případě však spotřebitel přijímá elektrickou energii na výstupu a ve druhém případě tepelnou energii ve formě vyhřívané chladicí kapaliny, tj. solární panely se používají vytápění domácností.

Maximální návrat ze solárního panelu lze dosáhnout pouze vědomím, jak to funguje, z jakých komponent a komponent se skládá a jak se všechny správně připojují

Druhou nuancí je samotný pojem „solární baterie“. Slovo „baterie“ se obvykle vztahuje na nějaký druh zařízení pro ukládání energie. Nebo na vás přijde banální topný radiátor. V případě solárních baterií je však situace radikálně odlišná. Samy o sobě nehromadí nic.

Solární panel generuje konstantní elektrický proud. Chcete-li ji převést na proměnnou (používanou v každodenním životě), musí být v obvodu přítomen střídač

Solární panely jsou určeny výhradně pro výrobu elektrického proudu. To se zase hromadí, aby v noci zásobovalo dům elektřinou, když slunce klesá nad obzor, již v bateriích přítomných kromě schématu napájení objektu.

Baterie je zde zahrnuta v souvislosti s určitou kombinací stejného typu součástí sestavených do jednoho celku. Ve skutečnosti je to jen panel několika stejných fotobuněk.

Vnitřní struktura solárního článku

Solární panely se postupně stávají levnější a efektivnější. Nyní se používají k dobíjení baterií v pouličních lampách, smartphonech, elektrických automobilech, soukromých domech a satelitech ve vesmíru. Z nich dokonce začali stavět plnohodnotné solární elektrárny (SES) s velkými objemy výroby.

Solární baterie se skládá z mnoha fotobuněk (fotovoltaických konvertorů fotovoltaických článků), které přeměňují energii fotonů ze slunce na elektřinu

Každá solární baterie je uspořádána jako blok n-tého počtu modulů, které se kombinují v sériových polovodičových fotobunkách. Abychom porozuměli principům fungování takové baterie, je nutné porozumět fungování tohoto posledního článku v zařízení solárních panelů vytvořeném na základě polovodičů.

Druhy krystalů fotobuněk

Existuje mnoho možností pro solární články z různých chemických prvků. Většina z nich je však v počátečních fázích vývoje. V průmyslovém měřítku se zatím vyrábějí pouze panely vyrobené ze solárních článků na bázi křemíku.

Křemíkové polovodiče se používají při výrobě solárních článků kvůli jejich nízkým nákladům, nemohou se chlubit zvláště vysokou účinností

Společným solárním článkem v solárním panelu je tenká deska ze dvou křemíkových vrstev, z nichž každá má své vlastní fyzikální vlastnosti. Jedná se o klasickou polovodičovou křižovatku pn s páry elektronových děr.

Když fotony zasáhnou PEC mezi těmito vrstvami polovodiče v důsledku nehomogenity krystalu, vytvoří se hradlový foto-emf, což má za následek potenciální rozdíl a proud elektronů.

Křemíkové destičky solárních článků se liší ve výrobní technologii pro:

1. Monokrystalický.
2. Polykrystalický.

První mají vyšší účinnost, ale náklady na jejich výrobu jsou vyšší než náklady na jejich výrobu. Externě lze jednu variantu na solárním panelu odlišit tvarem.

Monokrystaly PEC mají jednotnou strukturu, jsou vyráběny ve formě čtverců s řezanými rohy. Naopak polykrystalické prvky mají striktně čtvercový tvar.

Polykrystaly se získají postupným ochlazováním roztaveného křemíku. Tato metoda je velmi jednoduchá, proto jsou takové fotobuňky také levné.

Produktivita výroby elektřiny ze slunečního záření však zřídka přesahuje 15%. Důvodem je „nečistota“ získaných křemíkových destiček a jejich vnitřní struktura. Čím čistší je p-vrstva křemíku, tím vyšší je účinnost PEC.

Čistota monokrystalů je v tomto ohledu mnohem vyšší než čistota polykrystalických analogů. Nejsou vyrobeny z roztaveného kovu, ale z uměle vypěstovaného celého křemíkového krystalu. Faktor fotovoltaické přeměny takových solárních článků již dosahuje 20-22%.

Ve společném modulu jsou jednotlivé fotobuňky namontovány na hliníkovém rámu a pro jejich ochranu shora jsou uzavřeny trvanlivým sklem, které vůbec nenarušuje sluneční světlo.

Horní vrstva desky solárních článků obrácená ke slunci je vyrobena ze stejného křemíku, ale s přídavkem fosforu. Je to druhý, který bude zdrojem přebytečných elektronů v pn spojovacím systému.

Skutečným průlomem ve využívání sluneční energie byl vývoj flexibilních panelů s amorfním fotovoltaickým křemíkem:

Princip solárního panelu

Když sluneční světlo dopadne na fotobuňku, vytvoří se v ní páry nevyvážené elektronové díry. Přebytečné elektrony a „díry“ jsou částečně přenášeny přes pn křižovatku z jedné polovodičové vrstvy do druhé.

V důsledku toho se ve vnějším obvodu objeví napětí. V tomto případě je kladný pól zdroje proudu vytvořen na kontaktu p-vrstvy a záporný pól na n-vrstvě.

Potenciální rozdíl (napětí) mezi kontakty fotobuňky se objevuje v důsledku změny počtu „děr“ a elektronů z různých stran p-n křižovatky v důsledku ozáření n-vrstvy slunečními paprsky

Fotobuňky připojené k vnějšímu zatížení ve formě baterie tvoří s ním začarovaný kruh. Výsledkem je, že solární panel funguje jako druh kola, po kterém elektrony „běží“ spolu s proteiny. A dobíjecí baterie se postupně nabíjí.

Standardní křemíkové fotovoltaické články jsou jednoduché spojovací články. Přenos elektronů do nich nastává pouze prostřednictvím jednoho p-n spojení s zónou tohoto přechodu omezenou fotonovou energií.

To znamená, že každá taková fotobuňka je schopna vyrábět elektřinu pouze z úzkého spektra slunečního záření. Veškerá další energie je zbytečná. Proto je účinnost solárních článků tak nízká.

Aby se zvýšila účinnost solárních článků, byly pro ně nedávno vyrobeny křemíkové polovodičové prvky. V novém FEP již existuje několik přechodů. Kromě toho je každá z nich v této kaskádě navržena pro své vlastní spektrum slunečního světla.

Celková účinnost přeměny fotonů na elektrický proud v takových fotobunkách nakonec vzroste. Ale jejich cena je mnohem vyšší. Zde je snadná výroba s nízkými náklady a nízkou účinností nebo vyšší návratnost spojená s vysokými náklady.

Solární baterie může pracovat jak v létě, tak v zimě (potřebuje světlo, ne teplo) - čím méně zákalu a slunce svítí jasněji, tím více bude solární panel generovat elektrický proud

Během provozu se fotobuňka a celá baterie postupně zahřívají. Veškerá energie, která nepřišla na výrobu elektrického proudu, se přemění na teplo. Teplota na povrchu heliopanelu často stoupá na 50–55 ° С. Čím vyšší je, tím méně fotovoltaický článek funguje.

Výsledkem je, že stejný model solární baterie generuje v proudu méně proudu než v chladném počasí. Fotočlánky vykazují maximální účinnost za jasného zimního dne. Ovlivňují to dva faktory - hodně slunce a přirozené chlazení.

Navíc, pokud sníží na panel sníh, bude i nadále vyrábět elektřinu. Sněhové vločky navíc na to ani nemají čas si lehnout, roztavené z tepla zahřátých fotobuněk.

Účinnost solárních baterií

Jedna fotobuňka i v poledne za jasného počasí vydává docela dost elektřiny, stačí jen na to, aby LED svítilna fungovala.

Pro zvýšení výstupního výkonu je několik solárních článků kombinováno v paralelním obvodu pro zvýšení stejnosměrného napětí a do série pro zvýšení proudové síly.

Účinnost solárních panelů závisí na:

• teplota vzduchu a samotná baterie;
• správný výběr odolnosti proti zatížení;
• úhel dopadu slunečního světla;
• přítomnost / nepřítomnost antireflexního povlaku;
• síla světelného proudu.

Čím nižší je venkovní teplota, tím účinnější jsou fotobuňky a solární baterie jako celek. Všechno je zde jednoduché. Ale s výpočtem zatížení je situace komplikovanější. Měl by být vybrán na základě proudu generovaného panelem. Jeho hodnota se však liší v závislosti na povětrnostních faktorech.

Heliopanely jsou vyráběny s výstupním napětím násobkem 12 V - pokud musí být do baterie dodáno 24 V, pak k němu budou muset být připojeny dva panely paralelně

Je problematické neustále sledovat parametry solární baterie a ručně upravovat její provoz. Je lepší používat řídicí jednotka, které automaticky upravuje nastavení samotného solárního panelu tak, aby z něj bylo dosaženo maximálního výkonu a optimálních provozních režimů.

Ideální úhel dopadu slunečních paprsků na sluneční článek je rovný. Když je však odchylka do 30 stupňů od kolmice, účinnost panelu klesne pouze kolem 5%. Ale s dalším zvětšením tohoto úhlu se odrazí rostoucí podíl slunečního záření, čímž se sníží účinnost solárních článků.

Pokud se požaduje, aby baterie poskytla v létě maximum energie, měla by být orientována kolmo k průměrné poloze Slunce, které zabírá ve dnech rovnodennosti na jaře a na podzim.

Pro oblast Moskvy je to přibližně 40–45 stupňů k obzoru. Pokud je v zimě potřeba maximum, měl by být panel umístěn ve svislé poloze.

A ještě jedna věc - prach a nečistoty výrazně snižují výkon solárních článků. Fotony prostřednictvím takové „špinavé“ bariéry je prostě nedosahují, což znamená, že není co přeměnit na elektřinu. Panely musí být pravidelně umývány nebo umisťovány tak, aby byl prach sám omýván deštěm.

Některé solární články mají vestavěné čočky pro soustředění záření na solární články. Za jasného počasí to vede ke zvýšení účinnosti. Při silném oblačnosti však tyto čočky pouze poškozují.

Pokud konvenční panel v takové situaci nadále generuje proud, i když v menších objemech, přestane model čoček fungovat téměř úplně.

V ideálním případě by slunce ze solárních článků mělo být rovnoměrně osvětleno. Pokud se ukáže, že jedna z jejích částí je ztmavnutá, pak se neosvětlená PEC změní na parazitární zátěž. Nejen v této situaci neprodukují energii, ale také ji berou z pracovních prvků.

Panely musí být instalovány tak, aby v cestě sluneční paprsky nebyly žádné stromy, budovy ani jiné překážky.

Schéma napájení domu od slunce

Solární systém zahrnuje:

1. Solární panely.
2. Ovladač
3. Baterie.
4. Střídač (transformátor).

Regulátor v tomto obvodu chrání jak solární panely, tak baterie. Na jedné straně zabraňuje proudění zpětných proudů v noci a za oblačného počasí a na druhé straně chrání baterie před nadměrným nabitím / vybitím.

Baterie pro solární panely by měly být vybrány stejně podle věku a kapacity, jinak dojde k nerovnoměrnému nabíjení / vybíjení, což povede k prudkému snížení jejich životnosti

Chcete-li transformovat stejnosměrný proud 12, 24 nebo 48 voltů na střídavé 220 volty potřebné střídač. Baterie do auta se nedoporučují pro použití v takovém obvodu z důvodu jejich neschopnosti vydržet časté nabíjení. Nejlepší je utrácet peníze a zakoupit speciální helium AGM nebo želé baterie OPzS.

Závěry a užitečné video na toto téma

Provozní zásady a solární panely není příliš složité na to, aby tomu bylo rozumět. A s níže uvedenými video materiály, které jsme shromáždili, bude ještě snazší pochopit všechny komplikace fungování a instalace solárních panelů.

Je přístupné a pochopitelné, jak fotovoltaická solární baterie funguje, ve všech detailech:

Jak jsou uspořádány solární panely, viz následující video:

DIY montáž solárního panelu z fotobuněk:

Každá položka v solární systém chata musí být vybrána kompetentně. Na bateriích, transformátorech a kontroléru dochází k nevyhnutelným ztrátám energie. A musí být sníženy na minimum, jinak bude dostatečně nízká účinnost solárních panelů obecně snížena na nulu.

Během studia materiálu byly otázky? Nebo znáte cenné informace k tématu článku a můžete je sdělit našim čtenářům? Vaše připomínky prosím zanechte v rámečku níže.