Das Funktionsprinzip der Solarbatterie: Wie das Solarpanel angeordnet ist und funktioniert

Die effektive Umwandlung von freien Sonnenstrahlen in Energie, die zur Stromversorgung von Wohngebäuden und anderen Einrichtungen verwendet werden kann, ist ein geschätzter Traum vieler Entschuldiger für grüne Energie.

Das Funktionsprinzip der Solarbatterie und ihr Wirkungsgrad sind jedoch so, dass nicht über den hohen Wirkungsgrad solcher Systeme gesprochen werden muss. Es wäre schön, eine eigene zusätzliche Stromquelle zu haben. Oder? Darüber hinaus wird in Russland auch heute noch mit Hilfe von Sonnenkollektoren eine beträchtliche Anzahl privater Haushalte erfolgreich mit „kostenlosem“ Strom versorgt. Sie wissen immer noch nicht, wo Sie anfangen sollen?

Im Folgenden werden Sie über das Gerät und die Funktionsprinzipien des Solarmoduls informiert. Hier erfahren Sie, von welcher Effizienz das Solarsystem abhängt. Und die im Artikel veröffentlichten Videos helfen dabei, ein Solarpanel aus Fotozellen persönlich zusammenzubauen.

Sonnenkollektoren: Terminologie

Beim Thema "Sonnenenergie" gibt es viele Nuancen und Verwirrungen. Für Anfänger ist es oft schwierig, zunächst alle unbekannten Begriffe zu verstehen. Ohne dies ist es jedoch unvernünftig, sich mit Solarenergie zu befassen und Geräte zur Erzeugung von „Solarstrom“ zu erwerben.

Ohne es zu wissen, können Sie nicht nur das falsche Panel auswählen, sondern es einfach verbrennen, wenn es angeschlossen ist, oder ihm zu wenig Energie entziehen.

Zunächst müssen Sie die vorhandenen Arten von Geräten für die Solarenergie verstehen. Sonnenkollektoren und Sonnenkollektoren sind zwei grundlegend unterschiedliche Geräte. Beide wandeln die Energie der Sonnenstrahlen um.

Im ersten Fall erhält der Verbraucher jedoch elektrische Energie am Auslass und im zweiten Fall die Wärmeenergie in Form eines erwärmten Kühlmittels, d.h. Sonnenkollektoren werden für verwendet Heizung zu Hause.

Die maximale Rendite des Solarmoduls kann nur erzielt werden, wenn Sie wissen, wie es funktioniert, aus welchen Komponenten und Komponenten es besteht und wie alles richtig angeschlossen ist

Die zweite Nuance ist das Konzept des Begriffs „Solarbatterie“. Typischerweise bezieht sich das Wort "Batterie" auf eine Art Energiespeicher. Oder ein banaler Heizkörper fällt mir ein. Bei Solarbatterien ist die Situation jedoch radikal anders. Sie sammeln nichts an sich an.

Das Solarpanel erzeugt einen konstanten elektrischen Strom. Um es in eine Variable umzuwandeln (im Alltag verwendet), muss ein Wechselrichter im Stromkreis vorhanden sein

Sonnenkollektoren sind ausschließlich zur Stromerzeugung ausgelegt. Es sammelt sich wiederum an, um das Haus nachts mit Strom zu versorgen, wenn die Sonne über dem Horizont untergeht, und zwar bereits in den Batterien, die zusätzlich zum Energieversorgungsschema des Objekts vorhanden sind.

Die Batterie ist hier im Zusammenhang mit einer bestimmten Kombination derselben Art von Komponenten zu einem Ganzen zusammengefasst. Tatsächlich ist dies nur eine Tafel mit mehreren identischen Fotozellen.

Die innere Struktur der Solarzelle

Allmählich werden Sonnenkollektoren billiger und effizienter. Jetzt werden sie zum Aufladen von Batterien in Straßenlaternen, Smartphones, Elektroautos, Privathäusern und Satelliten im Weltraum verwendet. Von diesen begannen sie sogar mit dem Bau vollwertiger Solarkraftwerke (SES) mit großen Erzeugungsmengen.

Die Solarbatterie besteht aus vielen Fotozellen (Photovoltaik-Wandlern von Photovoltaik-Zellen), die die Energie von Photonen der Sonne in Elektrizität umwandeln

Jede Solarbatterie ist als Block einer n-ten Anzahl von Modulen angeordnet, die in Reihe von Halbleiter-Fotozellen kombiniert werden. Um die Funktionsprinzipien einer solchen Batterie zu verstehen, ist es notwendig, die Funktionsweise dieser endgültigen Verbindung in dem auf Halbleitern hergestellten Solarpanel-Gerät zu verstehen.

Arten von Kristallen von Fotozellen

Es gibt viele Optionen für Solarzellen aus verschiedenen chemischen Elementen. Die meisten davon befinden sich jedoch in der Anfangsphase. Bisher werden nur Paneele aus Solarzellen auf Siliziumbasis im industriellen Maßstab hergestellt.

Siliziumhalbleiter werden bei der Herstellung von Solarzellen eingesetzt, da sie kostengünstig sind und keinen besonders hohen Wirkungsgrad aufweisen können

Eine übliche Solarzelle in einem Solarpanel ist eine dünne Platte aus zwei Siliziumschichten, von denen jede ihre eigenen physikalischen Eigenschaften hat. Dies ist ein klassischer Halbleiter-pn-Übergang mit Elektron-Loch-Paaren.

Wenn Photonen aufgrund der Inhomogenität des Kristalls auf die PEC zwischen diesen Schichten des Halbleiters treffen, wird eine Gate-Photo-EMK gebildet, was zu einer Potentialdifferenz und einem Elektronenstrom führt.

Siliziumwafer von Solarzellen unterscheiden sich in der Herstellungstechnologie für:

1. Einkristallin.
2. Polykristallin.

Die ersteren haben eine höhere Effizienz, aber die Kosten ihrer Herstellung sind höher als die der letzteren. Äußerlich kann eine Option von einer anderen auf dem Solarpanel durch die Form unterschieden werden.

Einkristall-PECs haben eine einheitliche Struktur und bestehen aus Quadraten mit abgeschnittenen Ecken. Im Gegensatz dazu haben polykristalline Elemente eine streng quadratische Form.

Polykristalle werden durch allmähliches Abkühlen von geschmolzenem Silizium erhalten. Dieses Verfahren ist äußerst einfach, daher sind solche Fotozellen auch kostengünstig.

Die Produktivität bei der Stromerzeugung aus Sonnenlicht liegt jedoch selten über 15%. Dies ist auf die "Verunreinigung" der erhaltenen Siliziumwafer und deren innere Struktur zurückzuführen. Hier ist die Effizienz der PEC umso höher, je sauberer die p-Schicht aus Silizium ist.

Die Reinheit von Einkristallen ist in dieser Hinsicht viel höher als die von polykristallinen Analoga. Sie bestehen nicht aus geschmolzenem, sondern aus einem künstlich gewachsenen ganzen Siliziumkristall. Der photovoltaische Umwandlungskoeffizient für solche Solarzellen erreicht bereits 20-22%.

In einem gemeinsamen Modul werden einzelne Fotozellen auf einem Aluminiumrahmen montiert und zum Schutz von oben mit haltbarem Glas verschlossen, das das Sonnenlicht überhaupt nicht beeinträchtigt

Die der Sonne zugewandte obere Schicht der Solarzellenplatte besteht aus demselben Silizium, jedoch unter Zusatz von Phosphor. Letzteres ist die Quelle für überschüssige Elektronen im pn-Übergangssystem.

Ein echter Durchbruch bei der Nutzung von Solarenergie war die Entwicklung flexibler Module mit amorphem Photovoltaik-Silizium:

Das Prinzip des Solarpanels

Wenn Sonnenlicht auf eine Fotozelle fällt, werden darin Nichtgleichgewichts-Elektron-Loch-Paare erzeugt. Überschüssige Elektronen und "Löcher" werden teilweise durch den pn-Übergang von einer Halbleiterschicht zur anderen übertragen.

Infolgedessen erscheint Spannung im externen Stromkreis. In diesem Fall wird beim Kontakt der p-Schicht ein positiver Pol der Stromquelle und bei der n-Schicht ein negativer Pol gebildet.

Die Potentialdifferenz (Spannung) zwischen den Kontakten der Fotozelle tritt aufgrund einer Änderung der Anzahl von "Löchern" und Elektronen von verschiedenen Seiten des pn-Übergangs infolge der Bestrahlung der n-Schicht durch Sonnenstrahlen auf

Die mit einer externen Last in Form einer Batterie verbundenen Fotozellen bilden damit einen Teufelskreis. Infolgedessen funktioniert das Solarpanel wie eine Art Rad, entlang dem Elektronen zusammen mit Proteinen „laufen“. Und der Akku wird allmählich aufgeladen.

Standard-Silizium-Photovoltaikzellen sind Single-Junction-Zellen. Die Übertragung von Elektronen in sie erfolgt nur durch einen pn-Übergang, wobei eine Zone dieses Übergangs in der Photonenenergie begrenzt ist.

Das heißt, jede solche Fotozelle kann Elektrizität nur aus einem engen Spektrum von Sonnenstrahlung erzeugen. Alle andere Energie wird verschwendet. Daher ist der Wirkungsgrad von Solarzellen so gering.

Um den Wirkungsgrad von Solarzellen zu erhöhen, wurden kürzlich Siliziumhalbleiterelemente für sie als Mehrfachübergänge (Kaskaden) hergestellt. Im neuen FEP gibt es bereits mehrere Übergänge. Darüber hinaus ist jeder von ihnen in dieser Kaskade für sein eigenes Sonnenlichtspektrum ausgelegt.

Die Gesamteffizienz der Umwandlung von Photonen in elektrischen Strom in solchen Fotozellen nimmt letztendlich zu. Aber ihr Preis ist viel höher. Hier entweder einfache Herstellung mit geringen Kosten und geringer Effizienz oder höhere Renditen bei hohen Kosten.

Die Solarbatterie kann sowohl im Sommer als auch im Winter arbeiten (sie benötigt Licht, keine Wärme). Je weniger Bewölkung und Sonnenschein heller, desto mehr Strom erzeugt das Solarpanel

Während des Betriebs erwärmen sich die Fotozelle und der gesamte Akku allmählich. Die gesamte Energie, die nicht zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet wurde, wird in Wärme umgewandelt. Oft steigt die Temperatur auf der Oberfläche des Heliopanels auf 50–55 ° C. Aber je höher es ist, desto weniger effizient arbeitet die Photovoltaikzelle.

Infolgedessen erzeugt dasselbe Modell einer Solarbatterie bei Wärme weniger Strom als bei kaltem Wetter. Fotozellen zeigen maximale Effizienz an einem klaren Wintertag. Zwei Faktoren beeinflussen dies - viel Sonne und natürliche Abkühlung.

Wenn Schnee auf das Panel fällt, wird es trotzdem weiter Strom erzeugen. Darüber hinaus haben Schneeflocken nicht einmal Zeit, sich darauf zu legen, geschmolzen von der Hitze erhitzter Fotozellen.

Solarbatterieeffizienz

Eine Fotozelle gibt auch bei klarem Wetter mittags ziemlich viel Strom ab, nur genug, damit die LED-Taschenlampe funktioniert.

Um die Ausgangsleistung zu erhöhen, werden mehrere Solarzellen in einer Parallelschaltung kombiniert, um die Gleichspannung zu erhöhen, und in Reihe geschaltet, um die Stromstärke zu erhöhen.

Die Wirksamkeit von Sonnenkollektoren hängt ab von:

• Lufttemperatur und die Batterie selbst;
• die richtige Auswahl des Lastwiderstands;
• Einfallswinkel des Sonnenlichts;
• Vorhandensein / Fehlen einer Antireflexbeschichtung;
• Kraft eines Lichtstroms.

Je niedriger die Außentemperatur ist, desto effizienter arbeiten die Fotozellen und die Solarbatterie insgesamt. Hier ist alles einfach. Bei der Berechnung der Last ist die Situation jedoch komplizierter. Es sollte basierend auf dem vom Panel erzeugten Strom ausgewählt werden. Der Wert hängt jedoch von den Wetterfaktoren ab.

Solarmodule sind mit einer Ausgangsspannung erhältlich, die ein Vielfaches von 12 V beträgt. Wenn für die Batterie 24 V erforderlich sind, müssen zwei Module parallel an sie angeschlossen werden

Es ist problematisch, die Parameter der Solarbatterie ständig zu überwachen und ihren Betrieb manuell anzupassen. Es ist besser zu verwenden Steuerungssteuerung, das die Einstellungen des Solarmoduls selbst automatisch anpasst, um maximale Leistung und optimale Betriebsarten zu erzielen.

Der ideale Einfallswinkel der Sonnenstrahlen auf die Solarzelle ist gerade. Wenn die Abweichung jedoch innerhalb von 30 Grad von der Senkrechten liegt, fällt der Wirkungsgrad der Platte nur um 5%. Mit einer weiteren Vergrößerung dieses Winkels wird jedoch ein zunehmender Anteil der Sonnenstrahlung reflektiert, wodurch der Wirkungsgrad der Solarzellen verringert wird.

Wenn die Batterie im Sommer maximale Energie liefern soll, sollte sie senkrecht zum durchschnittlichen Sonnenstand ausgerichtet sein, den sie an den Tagen des Äquinoktiums im Frühjahr und Herbst einnimmt.

Für die Region Moskau sind es ungefähr 40 bis 45 Grad bis zum Horizont. Wenn im Winter das Maximum benötigt wird, sollte das Paneel in einer vertikaleren Position platziert werden.

Und noch etwas - Staub und Schmutz verringern die Leistung von Solarzellen erheblich. Photonen durch eine solche "schmutzige" Barriere erreichen sie einfach nicht, was bedeutet, dass nichts in Elektrizität umgewandelt werden kann. Die Paneele müssen regelmäßig gewaschen oder so platziert werden, dass der Staub vom Regen selbst abgewaschen wird.

Einige Solarzellen haben eingebaute Linsen, um die Strahlung auf die Solarzellen zu konzentrieren. Dies führt bei klarem Wetter zu einer Effizienzsteigerung. Bei starker Wolkendecke schaden diese Linsen jedoch nur.

Wenn ein herkömmliches Panel in einer solchen Situation weiterhin Strom erzeugt, wenn auch in kleineren Mengen, funktioniert das Objektivmodell fast vollständig nicht mehr.

Idealerweise sollte die Sonne einer Solarzellenbatterie gleichmäßig beleuchtet sein. Wenn sich herausstellt, dass einer seiner Abschnitte abgedunkelt ist, wird der unbeleuchtete PEC zu einer parasitären Last. Sie erzeugen in dieser Situation nicht nur keine Energie, sondern entziehen sie auch den Arbeitselementen.

Die Paneele müssen so installiert werden, dass sich keine Bäume, Gebäude oder andere Hindernisse im Weg der Sonnenstrahlen befinden.

Stromversorgungsschema des Hauses von der Sonne

Die Solaranlage umfasst:

1. Sonnenkollektoren.
2. Controller
3. Batterien.
4. Wechselrichter (Transformator).

Der Controller in dieser Schaltung schützt sowohl Solarmodule als auch Batterien. Einerseits verhindert es, dass nachts und bei bewölktem Wetter Rückströme fließen, und andererseits schützt es Batterien vor übermäßigem Laden / Entladen.

Batterien für Solarmodule sollten in Alter und Kapazität gleich gewählt werden, da sonst das Laden / Entladen ungleichmäßig erfolgt, was zu einer starken Verkürzung ihrer Lebensdauer führt

Um einen Gleichstrom von 12, 24 oder 48 Volt in abwechselnde 220 Volt umzuwandeln, wird benötigt Wechselrichter. Autobatterien werden für die Verwendung in einem solchen Stromkreis nicht empfohlen, da sie häufigen Aufladungen nicht standhalten können. Es ist am besten, Geld auszugeben und spezielle Helium-AGM- oder gelierte OPzS-Batterien zu kaufen.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Funktionsprinzipien und Sonnenkollektoren nicht zu kompliziert zu verstehen. Und mit den von uns unten gesammelten Videomaterialien wird es noch einfacher, alle Feinheiten der Funktionsweise und Installation von Sonnenkollektoren zu verstehen.

Es ist in allen Details zugänglich und verständlich, wie die Photovoltaik-Solarbatterie funktioniert:

Wie Solarmodule angeordnet sind, sehen Sie im folgenden Video:

DIY Montage eines Solarmoduls aus Fotozellen:

Jeder Artikel in Solaranlage Das Haus muss kompetent ausgewählt werden. Bei Batterien, Transformatoren und der Steuerung treten unvermeidliche Leistungsverluste auf. Und sie müssen auf ein Minimum reduziert werden, sonst wird der ausreichend niedrige Wirkungsgrad von Solarmodulen im Allgemeinen auf Null reduziert.

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