Princippet for drift af solbatteriet: hvordan solcellepanelet er arrangeret og fungerer

Den effektive konvertering af frie solstråler til energi, der kan bruges til at drive hus og andre faciliteter, er en dyre drøm hos mange undskyldere om grøn energi.

Men princippet om drift af solbatteriet og dets effektivitet er sådan, at der ikke er behov for at tale om den høje effektivitet af sådanne systemer. Det ville være dejligt at have din egen ekstra strømkilde. Er det ikke? Desuden leveres et betydeligt antal private husholdninger i dag, i Rusland, ved hjælp af solcellepaneler med succes "gratis" elektricitet. Du ved stadig ikke, hvor du skal starte?

Nedenfor fortæller vi dig om enheden og principperne for betjening af solcellepanelet, du vil finde ud af, hvad solsystemets effektivitet afhænger af. Og de videoer, der er lagt ud i artiklen, vil hjælpe med til personligt at samle et solcellepanel fra fotoceller.

Solpaneler: terminologi

I emnet "solenergi" er der en masse nuancer og forvirring. Det er ofte vanskeligt for begyndere at forstå alle ukendte vilkår til at begynde med. Men uden dette er det urimeligt at engagere sig i solenergi og anskaffe udstyr til at generere "solstrøm".

Uvidende kan du ikke kun vælge det forkerte panel, men blot forbrænde det, når det er tilsluttet eller udtrække for lidt energi fra det.

Først skal du forstå de eksisterende sorter af udstyr til solenergi. Solpaneler og solfangere er to grundlæggende forskellige enheder. Begge transformerer energien fra solstrålene.

I det første tilfælde modtager forbrugeren imidlertid elektrisk energi ved udløbet, og i det andet tilfælde den termiske energi i form af et opvarmet kølevæske, dvs. der anvendes solpaneler til husvarme.

Det maksimale afkast fra solcellepanelet kan kun opnås ved at vide, hvordan det fungerer, hvilke komponenter og komponenter det består af, og hvordan det hele forbindes korrekt

Den anden nuance er selve begrebet ”solbatteri”. Ordet "batteri" henviser typisk til en slags energilagringsenhed. Eller en banal opvarmningsradiator tænker på. I tilfælde af solbatterier er situationen imidlertid radikalt anderledes. De akkumulerer ikke noget i sig selv.

Solcellepanelet genererer en konstant elektrisk strøm. For at konvertere den til en variabel (brugt i hverdagen) skal en omformer være til stede i kredsløbet

Solpaneler er udelukkende designet til generering af elektrisk strøm. Det samles på sin side for at forsyne huset med elektricitet om natten, når solen går ned over horisonten, allerede i de batterier, der er til stede ud over objektets strømforsyningsplan.

Batteriet her er underforstået i sammenhæng med en bestemt kombination af den samme type komponenter samlet i en enkelt helhed. Faktisk er dette kun et panel med flere identiske fotoceller.

Solcellens indre struktur

Gradvist bliver solcellepaneler billigere og mere effektive. Nu bruges de til at oplade batterier i gadelygter, smartphones, elbiler, private hjem og satellitter i rummet. Af disse begyndte de endda at bygge fulde solenergianlæg (SES) med store mængder af produktion.

Solbatteriet består af mange fotoceller (fotovoltaiske konvertere af fotovoltaiske celler), der konverterer energien fra fotoner fra solen til elektricitet

Hvert solbatteri er arrangeret som en blok af et niende antal moduler, der kombineres i serie halvlederfotoceller. For at forstå principperne for driften af ​​et sådant batteri er det nødvendigt at forstå driften af ​​dette endelige link i solpanelapparatet oprettet på basis af halvledere.

Typer af krystaller af fotoceller

Der er mange muligheder for solceller fra forskellige kemiske elementer. De fleste af dem er imidlertid udvikling i de indledende faser. Indtil videre er der i øjeblikket kun produceret paneler fremstillet af siliciumbaserede solceller i industriel skala.

Silicon halvledere bruges til fremstilling af solceller på grund af deres lave omkostninger, de kan ikke prale af særlig høj effektivitet

En fælles solcelle i et solcellepanel er en tynd plade af to siliciumlag, der hver har sine egne fysiske egenskaber. Dette er et klassisk halvleder-pn-kryds med elektronhullepar.

Når fotoner rammer PEC mellem disse lag i halvlederen på grund af krystallens inhomogenitet, dannes en gate-foto-emf, hvilket resulterer i en potentialforskel og en elektronstrøm.

Siliciumskiver af solceller er forskellige i fremstillingsteknologi til:

1. Monokrystallinske.
2. Polykrystallinske.

De førstnævnte har en højere effektivitet, men prisen på deres produktion er højere end den sidstnævnte. Eksternt kan en indstilling fra en anden på solcellepanelet skelnes efter form.

Enkelt krystal PEC'er har en ensartet struktur, de er lavet i form af firkanter med skårne hjørner. I modsætning hertil har polykrystallinske elementer en strengt firkantet form.

Polykrystaller opnås ved gradvis afkøling af smeltet silicium. Denne metode er ekstremt enkel, derfor er sådanne fotoceller også billige.

Men produktiviteten med hensyn til generering af elektricitet fra sollys overskrider de sjældent 15%. Dette skyldes "urenheden" af de opnåede siliciumskiver og deres indre struktur. Her, jo renere er p-laget af silicium, jo ​​højere er PEC's effektivitet fra det.

Renheden af ​​enkeltkrystaller i denne henseende er meget højere end for polykrystallinske analoger. De er ikke fremstillet af smeltet, men af ​​en kunstigt dyrket hel siliciumkrystall. Den fotovoltaiske omdannelseskoefficient for sådanne solceller når allerede 20-22%.

I et fælles modul samles individuelle fotoceller på en aluminiumsramme, og for at beskytte dem ovenfra er de lukket med holdbart glas, som overhovedet ikke forstyrrer sollys.

Det øverste lag af solcellepladen, der vender mod solen, er lavet af det samme silicium, men med tilsætning af fosfor. Det er sidstnævnte, der vil være kilden til overskydende elektroner i pn-overgangssystemet.

Et reelt gennembrud i brugen af ​​solenergi var udviklingen af ​​fleksible paneler med amorf fotovoltaisk silicium:

Solpanelets princip

Når sollys falder på en fotocelle, genereres der ingen elektroniske hul i parhul i den. Overskydende elektroner og "huller" overføres delvist gennem pn-forbindelsen fra et halvlederlag til et andet.

Som et resultat vises spænding i det eksterne kredsløb. I dette tilfælde dannes en positiv pol af den aktuelle kilde ved kontakten af ​​p-laget og en negativ pol ved n-laget.

Potentialeforskellen (spænding) mellem fotocellens kontakter vises på grund af en ændring i antallet af "huller" og elektroner fra forskellige sider af p-n-krydset som et resultat af bestråling af n-laget ved solstråler

Fotocellerne, der er forbundet til en ekstern belastning i form af et batteri, danner en ond cirkel med det. Som et resultat fungerer solcellepanelet som et slags hjul, langs hvilket elektroner "kører" sammen med proteiner. Og det genopladelige batteri får gradvist opladning.

Standard siliciumfotovoltaiske celler er enkeltforbindelsesceller. Overførslen af ​​elektroner til dem sker kun gennem et p-n-kryds med en zone i denne overgang begrænset i fotonenergi.

Det vil sige at hver sådan fotocelle kun er i stand til at generere elektricitet fra et snævert spektrum af solstråling. Al anden energi spildes. Derfor er solcelleffektiviteten så lav.

For at øge solcelleffektiviteten er siliciumhalvlederelementer for dem for nylig blevet lavet til flere kryds (kaskade). Der er allerede flere overgange i den nye FEP. Desuden er hver af dem i denne kaskade designet til sit eget spektrum af sollys.

Den samlede effektivitet ved konvertering af fotoner til elektrisk strøm i sådanne fotoceller øges i sidste ende. Men deres pris er meget højere. Her er enten let fremstilling med lave omkostninger og lav effektivitet eller højere afkast kombineret med høje omkostninger.

Solbatteriet kan arbejde både om sommeren og vinteren (det har brug for lys, ikke varme) - jo mindre overskyethed og solen skinner lysere, jo mere vil solcellepanelet generere en elektrisk strøm

Under drift opvarmes fotocellen og hele batteriet gradvist. Al den energi, der ikke gik til generering af elektrisk strøm, omdannes til varme. Ofte stiger temperaturen på overfladen af ​​heliopanel til 50–55 ° С. Men jo højere det er, desto mindre effektiv fungerer den fotovoltaiske celle.

Som et resultat genererer den samme model af et solbatteri mindre strøm i varme end i koldt vejr. Fotoceller viser maksimal effektivitet på en klar vinterdag. To faktorer påvirker dette - meget sol og naturlig afkøling.

Hvis sne falder på panelet, fortsætter det med at generere elektricitet alligevel. Desuden har snefnug ikke engang tid til at lægge sig på det, smeltet fra varmen fra opvarmede fotoceller.

Solbatteri effektivitet

Én fotocelle selv ved middagstid i klart vejr giver meget elektricitet ud, kun nok til, at LED-lommelygten fungerer.

For at øge udgangseffekten kombineres flere solceller i et parallelt kredsløb for at øge jævnspændingen og i serie for at øge strømstyrken.

Effektiviteten af ​​solcellepaneler afhænger af:

• lufttemperatur og selve batteriet;
• korrekt valg af belastningsmodstand
• forekomst af sollys;
• tilstedeværelse / fravær af antireflekterende belægning;
• kraften i en lys strøm.

Jo lavere temperaturen der er, jo mere effektiv fungerer fotocellerne og solbatteriet som helhed. Alt er enkelt her. Men med beregningen af ​​belastningen er situationen mere kompliceret. Det skal vælges baseret på den strøm, der genereres af panelet. Men dens værdi varierer afhængigt af vejrfaktorer.

Heliopaneler er fremstillet med en udgangsspændingsmultipel på 12 V - hvis 24 V skal leveres til batteriet, skal to paneler tilsluttes parallelt til det

Det er problematisk at konstant overvåge parametrene for solbatteriet og manuelt justere dets drift. Det er bedre at bruge kontrol controller, som automatisk justerer indstillingerne på selve solcellepanelet for at opnå maksimal ydelse og optimale driftsformer fra det.

Den ideelle forekomstsvinkel af solens stråler på solcellen er lige. Når afvigelsen imidlertid er inden for 30 grader fra vinkelret, falder panelets effektivitet kun ca. 5%. Men med en yderligere stigning i denne vinkel, vil en stigende andel af solstråling reflekteres, hvorved solcelleeffektiviteten reduceres.

Hvis batteriet kræves for at give maksimal energi om sommeren, skal det orienteres vinkelret på den gennemsnitlige position af Solen, som det optager på dagene af ækvivalensen i foråret og efteråret.

For Moskva-regionen er det ca. 40–45 grader mod horisonten. Hvis det maksimale er nødvendigt om vinteren, skal panelet placeres i en mere lodret position.

Og en ting til - støv og snavs reducerer solcellernes ydeevne i høj grad. Fotoner gennem en sådan "beskidt" barriere når simpelthen ikke dem, hvilket betyder, at der ikke er noget at konvertere til elektricitet. Paneler skal vaskes regelmæssigt eller placeres, så støvet vaskes af regnen alene.

Nogle solceller har indbyggede linser til at koncentrere stråling på solcellerne. I klart vejr fører dette til øget effektivitet. Imidlertid med disse tunge skydæk gør disse linser kun skade.

Hvis et konventionelt panel i en sådan situation fortsætter med at generere strøm, omend i mindre volumener, stopper linsemodellen næsten fuldstændigt.

Ideelt set skal solen fra et solcellebatteri lyses jævnt. Hvis et af dets sektioner viser sig at blive mørklagt, bliver den ikke oplyste PEC til en parasitbelastning. De genererer ikke kun i denne situation ikke energi, men tager dem også fra arbejdselementerne.

Panelerne skal installeres, så der ikke er træer, bygninger eller andre forhindringer i solstrålens sti.

Husets strømstyring fra solen

Solenergisystemet inkluderer:

1. Solpaneler.
2. Controller.
3. Batterier.
4. Inverter (transformer).

Controlleren i dette kredsløb beskytter både solpaneler og batterier. På den ene side forhindrer det, at omvendte strømme strømmer om natten og i overskyet vejr, og på den anden side beskytter det batterierne mod overdreven opladning / udladning.

Batterier til solpaneler skal vælges de samme i alder og kapacitet, ellers oplades / aflades der ujævnt, hvilket vil føre til et kraftigt fald i deres levetid

For at omdanne en jævnstrøm på 12, 24 eller 48 volt til vekslende 220 volt nødvendig inverter. Bilbatterier anbefales ikke til brug i et sådant kredsløb på grund af deres manglende evne til at modstå hyppige opladninger. Det er bedst at bruge penge og købe specielle helium AGM eller geléede OPzS-batterier.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Driftsprincipper og solpaneler ikke for kompliceret til at forstå. Og med de videomaterialer, der er indsamlet af os nedenfor, vil det være endnu lettere at forstå alle de forviklinger, der er forbundet med funktion og installation af solcellepaneler.

Det er tilgængeligt og forståeligt, hvordan det solcelleanlæg fungerer, i alle detaljer:

Sådan arrangeres solpaneler, se følgende video:

DIY samling af et solcellepanel fra fotoceller:

Hvert element i solenergisystem hytten skal vælges kompetent. Uundgåelige strømtab forekommer på batterier, transformere og controlleren. Og de skal reduceres til et minimum, ellers reduceres solpanelernes tilstrækkelig lave effektivitet generelt til nul.

Under studiet af materialet var der spørgsmål? Eller kender du værdifulde oplysninger om artiklets emne og kan fortælle dem til vores læsere? Efterlad dine kommentarer i boksen nedenfor.