El principio de funcionamiento de la batería solar: cómo se organiza y funciona el panel solar

La conversión efectiva de los rayos libres del sol en energía que se puede utilizar para alimentar viviendas y otras instalaciones es el sueño de muchos apologistas de la energía verde.

Pero el principio de funcionamiento de la batería solar y su eficiencia son tales que no hay necesidad de hablar sobre la alta eficiencia de dichos sistemas. Sería bueno tener su propia fuente adicional de electricidad. Derecho? Además, incluso hoy en Rusia, con la ayuda de paneles solares, un número considerable de hogares privados se abastecen con éxito de electricidad "gratuita". ¿Aún no sabes por dónde empezar?

A continuación le informaremos sobre el dispositivo y los principios de funcionamiento del panel solar, descubrirá de qué depende la eficiencia del sistema solar. Y los videos publicados en el artículo ayudarán a ensamblar personalmente un panel solar a partir de fotocélulas.

Paneles solares: terminología

En el tema de la "energía solar" hay muchos matices y confusión. A menudo es difícil para los principiantes comprender todos los términos desconocidos al principio. Pero sin esto, no es razonable participar en la energía solar, adquirir equipos para generar corriente "solar".

Sin saberlo, no solo puede elegir el panel incorrecto, sino simplemente quemarlo cuando está conectado o extraer muy poca energía de él.

Primero debe comprender las variedades existentes de equipos para energía solar. Los paneles solares y los colectores solares son dos dispositivos fundamentalmente diferentes. Ambos transforman la energía de los rayos del sol.

Sin embargo, en el primer caso, el consumidor recibe energía eléctrica en la salida, y en el segundo caso la energía térmica en forma de refrigerante calentado, es decir, los paneles solares se utilizan para calefacción del hogar.

El rendimiento máximo del panel solar solo se puede obtener sabiendo cómo funciona, en qué componentes y componentes consta y cómo se conecta todo correctamente

El segundo matiz es el concepto del término "batería solar" en sí. Típicamente, la palabra "batería" se refiere a algún tipo de dispositivo de almacenamiento de energía. O un radiador de calefacción banal viene a la mente. Sin embargo, en el caso de las baterías solares, la situación es radicalmente diferente. No acumulan nada en sí mismos.

El panel solar genera una corriente eléctrica constante. Para convertirlo en una variable (utilizada en la vida cotidiana), un inversor debe estar presente en el circuito

Los paneles solares están diseñados exclusivamente para generar corriente eléctrica. A su vez, se acumula para suministrar electricidad a la casa por la noche, cuando el sol se pone en el horizonte, ya en las baterías presentes, además del esquema de suministro de energía del objeto.

La batería aquí está implícita en el contexto de una cierta combinación del mismo tipo de componentes ensamblados en un solo conjunto. De hecho, esto es solo un panel de varias fotocélulas idénticas.

La estructura interna de la célula solar.

Poco a poco, los paneles solares se están volviendo más baratos y más eficientes. Ahora se utilizan para recargar baterías en farolas, teléfonos inteligentes, automóviles eléctricos, casas particulares y satélites en el espacio. De estos, incluso comenzaron a construir plantas de energía solar completas (SES) con grandes volúmenes de generación.

La batería solar consta de muchas fotocélulas (convertidores fotovoltaicos de células fotovoltaicas) que convierten la energía de los fotones del sol en electricidad.

Cada batería solar está dispuesta como un bloque de un enésimo número de módulos que se combinan en serie de fotocélulas de semiconductores. Para comprender los principios de funcionamiento de dicha batería, es necesario comprender el funcionamiento de este enlace final en el dispositivo de panel solar creado sobre la base de semiconductores.

Tipos de cristales de fotocélulas.

Hay muchas opciones para las células solares de diferentes elementos químicos. Sin embargo, la mayoría de ellos son de desarrollo en las etapas iniciales. Hasta ahora, solo los paneles hechos de células solares a base de silicio se producen actualmente a escala industrial.

Los semiconductores de silicio se utilizan en la fabricación de células solares debido a su bajo costo, no pueden presumir de una eficiencia particularmente alta

Una célula solar común en un panel solar es una placa delgada de dos capas de silicio, cada una de las cuales tiene sus propias propiedades físicas. Esta es una unión pn semiconductora clásica con pares de electrones.

Cuando los fotones golpean el PEC entre estas capas del semiconductor debido a la falta de homogeneidad del cristal, se forma una puerta foto-fem, lo que resulta en una diferencia de potencial y una corriente de electrones.

Las obleas de silicio de las células solares difieren en la tecnología de fabricación para:

1. Monocristalinos.
2. Policristalino.

Los primeros tienen una mayor eficiencia, pero el costo de su producción es mayor que el de los segundos. Externamente, una opción de otra en el panel solar se puede distinguir por la forma.

Los PEC monocristalinos tienen una estructura uniforme; están hechos en forma de cuadrados con esquinas cortadas. En contraste, los elementos policristalinos tienen una forma estrictamente cuadrada.

Los policristales se obtienen enfriando gradualmente el silicio fundido. Este método es extremadamente simple, por lo tanto, estas fotocélulas también son económicas.

Pero la productividad en términos de generar electricidad a partir de la luz solar rara vez supera el 15%. Esto se debe a la "impureza" de las obleas de silicio obtenidas y su estructura interna. Aquí, cuanto más limpia es la capa p de silicio, mayor es la eficiencia del PEC.

La pureza de los cristales individuales a este respecto es mucho mayor que la de los análogos policristalinos. No están hechos de fundido, sino de un cristal de silicio entero cultivado artificialmente. El coeficiente de conversión fotovoltaica para tales células solares ya alcanza el 20-22%.

En un módulo común, las fotocélulas individuales se ensamblan en un marco de aluminio y, para protegerlas desde arriba, se cierran con vidrio duradero, que no interfiere en absoluto con la luz solar.

La capa superior de la placa de células solares frente al sol está hecha del mismo silicio, pero con la adición de fósforo. Es este último el que será la fuente del exceso de electrones en el sistema de unión pn.

Un verdadero avance en el uso de la energía solar fue el desarrollo de paneles flexibles con silicio fotovoltaico amorfo:

El principio del panel solar.

Cuando la luz del sol cae sobre una fotocélula, se generan pares de electrones sin equilibrio. El exceso de electrones y "agujeros" se transfieren parcialmente a través de la unión pn de una capa semiconductora a otra.

Como resultado, aparece voltaje en el circuito externo. En este caso, se forma un polo positivo de la fuente de corriente en el contacto de la capa p, y un polo negativo en la capa n.

La diferencia de potencial (voltaje) entre los contactos de la fotocélula aparece debido a un cambio en el número de "agujeros" y electrones de diferentes lados de la unión p-n como resultado de la irradiación de la capa n por rayos solares.

Las fotocélulas conectadas a una carga externa en forma de batería forman un círculo vicioso con ella. Como resultado, el panel solar funciona como una especie de rueda a lo largo de la cual los electrones "corren" junto con las proteínas. Y la batería recargable está ganando carga gradualmente.

Las células fotovoltaicas de silicio estándar son células de unión simple. La transferencia de electrones hacia ellos ocurre solo a través de una unión p-n con una zona de esta transición limitada en energía de fotones.

Es decir, cada fotocélula es capaz de generar electricidad solo a partir de un espectro estrecho de radiación solar. Toda otra energía se desperdicia. Por lo tanto, la eficiencia de las células solares es muy baja.

Para aumentar la eficiencia de las células solares, recientemente se han fabricado elementos semiconductores de silicio para múltiples uniones (cascada). Ya hay varias transiciones en el nuevo FEP. Además, cada uno de ellos en esta cascada está diseñado para su propio espectro de luz solar.

La eficiencia total de la conversión de fotones en corriente eléctrica en tales fotocélulas aumenta en última instancia. Pero su precio es mucho más alto. Aquí, ya sea facilidad de fabricación con bajo costo y baja eficiencia, o mayores retornos junto con un alto costo.

La batería solar puede funcionar tanto en verano como en invierno (necesita luz, no calor): cuanto menos nubosidad y el sol brille más, más generará una corriente eléctrica el panel solar

Durante el funcionamiento, la fotocélula y toda la batería se calientan gradualmente. Toda la energía que no se destinó a la generación de corriente eléctrica se transforma en calor. A menudo, la temperatura en la superficie del heliopanel se eleva a 50–55 ° С. Pero cuanto más alto es, menos eficiente funciona la célula fotovoltaica.

Como resultado, el mismo modelo de batería solar genera menos corriente en calor que en clima frío. Las fotocélulas muestran la máxima eficiencia en un día claro de invierno. Dos factores afectan esto: mucho sol y enfriamiento natural.

Además, si cae nieve sobre el panel, seguirá generando electricidad de todos modos. Además, los copos de nieve ni siquiera tienen tiempo para acostarse sobre ellos, derretidos por el calor de las fotocélulas calentadas.

Eficiencia de la batería solar

Una fotocélula, incluso al mediodía cuando hace buen tiempo, genera bastante electricidad, solo lo suficiente para que funcione la linterna LED.

Para aumentar la potencia de salida, varias células solares se combinan en un circuito paralelo para aumentar el voltaje de CC y en serie para aumentar la intensidad de la corriente.

La efectividad de los paneles solares depende de:

• temperatura del aire y la batería en sí;
• la correcta selección de resistencia de carga;
• ángulo de incidencia de la luz solar;
• presencia / ausencia de revestimiento antirreflectante;
• poder de una corriente de luz.

Cuanto más baja es la temperatura exterior, más eficientes son las fotocélulas y la batería solar en general. Todo es simple aquí. Pero con el cálculo de la carga, la situación es más complicada. Debe seleccionarse en función de la corriente generada por el panel. Pero su valor varía según los factores climáticos.

Los paneles solares están disponibles con un voltaje de salida que es un múltiplo de 12 V: si se requieren 24 V para la batería, entonces se deberán conectar dos paneles en paralelo

Es problemático controlar constantemente los parámetros de la batería solar y ajustar manualmente su funcionamiento. Es mejor usar controlador de control, que ajusta automáticamente la configuración del panel solar para lograr el máximo rendimiento y los mejores modos de funcionamiento.

El ángulo ideal de incidencia de los rayos del sol en la célula solar es recto. Sin embargo, cuando la desviación está dentro de los 30 grados de la perpendicular, la eficiencia del panel cae solo alrededor del 5%. Pero con un aumento adicional en este ángulo, se reflejará una proporción creciente de radiación solar, reduciendo así la eficiencia de las células solares.

Si se requiere que la batería proporcione un máximo de energía en el verano, entonces debe orientarse perpendicularmente a la posición promedio del Sol, que ocupa en los días del equinoccio en primavera y otoño.

Para la región de Moscú, está aproximadamente a 40–45 grados en el horizonte. Si se necesita el máximo en invierno, entonces el panel debe colocarse en una posición más vertical.

Y una cosa más: el polvo y la suciedad reducen en gran medida el rendimiento de las células solares. Los fotones a través de una barrera tan "sucia" simplemente no los alcanzan, lo que significa que no hay nada que convertir en electricidad. Los paneles deben lavarse regularmente o colocarse de manera que la lluvia elimine el polvo por sí solo.

Algunas células solares tienen lentes incorporadas para concentrar la radiación en las células solares. En clima despejado, esto conduce a una mayor eficiencia. Sin embargo, con una fuerte capa de nubes, estas lentes solo causan daño.

Si un panel convencional en tal situación continúa generando corriente, aunque en volúmenes más pequeños, el modelo de lente dejará de funcionar casi por completo.

Idealmente, el sol de una batería de células solares debe iluminarse de manera uniforme. Si una de sus secciones se oscurece, el PEC apagado se convierte en una carga parasitaria. No solo en esta situación no generan energía, sino que también la toman de los elementos de trabajo.

Los paneles deben instalarse de manera que no haya árboles, edificios u otros obstáculos en el camino de los rayos del sol.

Esquema de poder de la casa del sol

El sistema de energía solar incluye:

1. Paneles solares.
2. Controlador
3. Las pilas.
4. Inversor (transformador).

El controlador en este circuito protege tanto los paneles solares como las baterías. Por un lado, evita que las corrientes inversas fluyan de noche y en clima nublado, y por otro lado, protege las baterías de una carga / descarga excesiva.

Las baterías para paneles solares deben seleccionarse de la misma manera en edad y capacidad, de lo contrario, la carga / descarga se producirá de manera desigual, lo que conducirá a una fuerte disminución en su vida útil.

Para transformar una corriente continua de 12, 24 o 48 voltios en alterna se necesitan 220 voltios inversor. No se recomienda el uso de baterías de automóvil en dicho circuito debido a su incapacidad para soportar recargas frecuentes. Es mejor gastar dinero y comprar baterías especiales de helio AGM o OPzS en gelatina.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Principios operativos y paneles solares No es demasiado complicado de entender. Y con los materiales de video recopilados por nosotros a continuación, será aún más fácil comprender todas las complejidades del funcionamiento y la instalación de paneles solares.

Es accesible y comprensible cómo funciona la batería solar fotovoltaica, en todos los detalles:

Cómo están dispuestos los paneles solares, vea el siguiente video:

Montaje de bricolaje de un panel solar a partir de fotocélulas:

Cada artículo en sistema de energía solar La cabaña debe ser seleccionada de manera competente. Se producen pérdidas de potencia inevitables en las baterías, los transformadores y el controlador. Y deben reducirse al mínimo, de lo contrario la eficiencia suficientemente baja de los paneles solares se reducirá a cero en general.

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