Aurinkoakun toimintaperiaate: miten aurinkopaneeli on järjestetty ja toimii

Vapaiden auringonsäteiden tehokas muuntaminen energiaksi, jota voidaan käyttää asuntojen ja muiden tilojen virran lisäämiseen, on monien vihreää energiaa käyttävien anteeksiantajien vaalittu unelma.

Mutta aurinkoakun toimintaperiaate ja sen tehokkuus ovat sellaiset, ettei tällaisten järjestelmien korkeasta hyötysuhteesta tarvitse puhua. Olisi hienoa saada oma ylimääräinen sähkölähde. Eikö olekin? Lisäksi jo nykyään Venäjällä aurinkopaneelien avulla huomattava osa kotitalouksista toimittaa menestyksekkäästi ”ilmaista” sähköä. Et vieläkään tiedä mistä aloittaa?

Alla kerromme sinulle laitteesta ja aurinkopaneelin periaatteista, saat selville mistä aurinkokunnan tehokkuus riippuu. Ja artikkelissa julkaistut videot auttavat kokoamaan aurinkopaneelit henkilökohtaisesti valokennoista.

Aurinkopaneelit: terminologia

"Aurinkoenergian" aiheessa on paljon vivahteita ja sekaannusta. Aloittelijoiden on usein aluksi vaikea ymmärtää kaikkia tuntemattomia termejä. Mutta ilman tätä, ei ole kohtuutonta harjoittaa aurinkoenergiaa, hankkia laitteita ”aurinkovirran” tuottamiseksi.

Tietämättömästi, et voi vain valita väärän paneelin, vaan vain polttaa sen kytkettynä tai poimia siitä liian vähän energiaa.

Ensin on ymmärrettävä aurinkoenergian nykyiset laitteet. Aurinkopaneelit ja aurinkokeräimet ovat kaksi täysin erilaista laitetta. Molemmat muuttavat auringonsäteiden energian.

Kuitenkin ensimmäisessä tapauksessa kuluttaja saa sähköenergiaa poistoaukosta ja toisessa tapauksessa lämpöenergiaa lämmitetyn jäähdytysnesteen muodossa, ts. aurinkopaneeleja käytetään kodin lämmitys.

Enimmäistuotto aurinkopaneelista saadaan vain tietämällä kuinka se toimii, mistä komponenteista ja komponenteista se koostuu ja kuinka se kaikki oikein kytkeytyy

Toinen vivahdus on itse termin "aurinkoakku" käsite. Tyypillisesti sana "akku" viittaa jonkinlaiseen energian varastointilaitteeseen. Tai mielessä tulee banaali lämmityspatteri. Aurinkoakkujen tapauksessa tilanne on kuitenkin täysin erilainen. He eivät kerää mitään itsessään.

Aurinkopaneeli tuottaa vakion sähkövirran. Jotta muunnettaisiin muuttujaksi (käytetään jokapäiväisessä elämässä), invertterin on oltava läsnä piirissä

Aurinkopaneelit on suunniteltu yksinomaan sähkövirran tuottamiseksi. Se puolestaan ​​kerääntyy toimittamaan talolle sähköä yöllä, kun aurinko laskee horisontin yli, jo paristoissa, jotka ovat objektin virransyöttöjärjestelmän lisäksi.

Akku tarkoitetaan tässä tietyn tyyppisten yhdistelmien kanssa samantyyppisistä komponenteista, jotka on koottu yhdeksi kokonaisuudeksi. Itse asiassa se on vain paneeli, jossa on useita samanlaisia ​​valokennoja.

Aurinkokennon sisäinen rakenne

Vähitellen aurinkopaneelit muuttuvat halvemmaksi ja tehokkaammaksi. Nyt niitä käytetään akkujen lataamiseen katuvalaisimissa, älypuhelimissa, sähköautoissa, yksityiskoteissa ja satelliiteissa avaruudessa. Näistä he jopa alkoivat rakentaa täysivaltaisia ​​aurinkovoimalaitoksia (SES) suurilla tuotantomäärillä.

Aurinkoakku koostuu monista valokennoista (aurinkosähkökennojen aurinkosähkömuuntajista), jotka muuntavat aurinkoon kuuluvien fotonien energian sähköksi

Jokainen aurinkoakku on järjestetty yhdeksännen lukumäärän moduuleiksi, jotka yhdistävät sarjassa puolijohdevalokennot. Tällaisen akun toimintaperiaatteiden ymmärtämiseksi on välttämätöntä ymmärtää tämän lopullisen linkin toiminta puolijohteiden perusteella luodussa aurinkopaneelissa.

Valosolujen kidetyypit

Eri kemiallisista alkuaineista koostuville aurinkokennoille on paljon vaihtoehtoja. Suurin osa niistä on kuitenkin kehitys alkuvaiheessa. Toistaiseksi vain piipohjaisista aurinkokennoista valmistettuja paneeleja tuotetaan tällä hetkellä teollisessa mittakaavassa.

Piipuolijohteita käytetään aurinkokennojen valmistuksessa, koska niiden alhaiset kustannukset eivät voi ylpeillä erityisen korkealla hyötysuhteella

Aurinkopaneelin yleinen aurinkokenno on ohut levy, jossa on kaksi piikerrosta, joista jokaisella on omat fysikaaliset ominaisuutensa. Tämä on klassinen puolijohde pn-liitos elektroni-reikäpareilla.

Kun fotonit osuvat PEC: hen näiden puolijohdekerrosten välillä kiteen epähomogeenisuuden takia, muodostuu hilavalo-emf, mikä johtaa potentiaalieroon ja elektronivirtaan.

Aurinkokennojen piikiekkojen valmistustekniikat eroavat toisistaan:

1. Yksikiteinen.
2. Monikiteisiä.

Ensimmäisillä on korkeampi hyötysuhde, mutta niiden tuotantokustannukset ovat korkeammat kuin jälkimmäisillä. Ulkoisesti aurinkopaneelissa yksi vaihtoehto toisesta voidaan erottaa muodon perusteella.

Yksikiteisillä PEC: llä on tasainen rakenne, ne on tehty neliöinä, joissa on leikatut kulmat. Sitä vastoin monikiteisillä elementeillä on tiukasti neliömuoto.

Monikiteitä saadaan jäähdyttämällä sulaa piitä vähitellen. Tämä menetelmä on erittäin yksinkertainen, joten tällaiset valokennot ovat myös edullisia.

Mutta tuottavuus sähkön tuottamisessa auringonvalosta he ylittää harvoin 15%. Tämä johtuu saatujen piikiekkojen "epäpuhtaudesta" ja niiden sisäisestä rakenteesta. Mitä puhtaampi on p-kerros piitä, sitä suurempi PEC-hyötysuhde siitä tulee.

Yksikiteiden puhtaus on tässä suhteessa paljon korkeampi kuin monikiteisten analogien. Niitä ei valmisteta sulasta, vaan keinotekoisesti kasvatetusta kokonaisesta piikiteestä. Tällaisten aurinkokennojen aurinkosähkön muuntokerroin saavuttaa jo 20–22%.

Yhteisessä moduulissa yksittäiset valokennot kootaan alumiinirunkoon, ja suojaamaan niitä ylhäältä, ne suljetaan kestävällä lasilla, joka ei häiritse auringonvaloa ollenkaan

Aurinkokennolevyn yläkerros aurinkoa kohti on valmistettu samasta piistä, mutta siihen on lisätty fosforia. Viimeksi mainittu on ylimääräisten elektronien lähde pn-liitosjärjestelmässä.

Todellinen läpimurto aurinkoenergian käytössä oli joustavien paneelien kehittäminen amorfisella aurinkosähköllä piillä:

Aurinkopaneelin periaate

Kun auringonvalo putoaa valokennoon, siihen ei muodostu epätasapainoisia elektronireikä-pareja. Ylimääräisiä elektroneja ja "reikiä" siirretään osittain pn-liitoksen kautta puolijohdekerroksesta toiseen.

Seurauksena ulkoiseen piiriin tulee jännite. Tässä tapauksessa virtalähteen positiivinen napa muodostetaan p-kerroksen kosketukseen ja negatiivinen napa n-kerrokseen.

Mahdolliset erot (jännite) valokennon koskettimien välillä ilmenevät p-n-liitoksen eri puolilta olevien "reikien" ja elektronien lukumäärän muutoksesta, joka johtuu n-kerroksen säteilyttämisestä auringonsäteillä

Akun muodossa ulkoiseen kuormaan kytketyt valokennot muodostavat sen kanssa noidankehän. Seurauksena on, että aurinkopaneeli toimii kuin eräänlainen pyörä, jota pitkin elektronit "juoksevat" yhdessä proteiinien kanssa. Ja ladattava akku on vähitellen latautunut.

Tavalliset piisähkökennot ovat yksiristeisiä kennoja. Elektronien siirto niihin tapahtuu vain yhden p-n-liitoksen kautta tämän siirtymävyöhykkeen kanssa, joka on rajoitettu fotonienergiaan.

Toisin sanoen kukin tällainen valokenno kykenee tuottamaan sähköä vain kapeasta auringonsäteilyn spektristä. Kaikki muu energia hukkaantuu. Siksi aurinkokennojen hyötysuhde on niin alhainen.

Aurinkokennojen hyötysuhteen parantamiseksi niitä varten olevista piin puolijohdeelementeistä on äskettäin tehty moniliitoksia (kaskadi). Uudessa FEP: ssä on jo useita siirtymiä. Lisäksi jokainen niistä tässä kaskadissa on suunniteltu omalle auringonvalonsa spektrille.

Tällaisissa valokennoissa fotonien sähkövirtaksi muuntamisen kokonaistehokkuus kasvaa lopulta. Mutta niiden hinta on paljon korkeampi. Tässä joko valmistuksen helppous alhaisilla kustannuksilla ja alhaisella hyötysuhteella tai korkeampi tuotto yhdistettynä korkeisiin kustannuksiin.

Aurinkoakku voi toimia sekä kesällä että talvella (se tarvitsee valoa, ei lämpöä) - mitä vähemmän pilvisyyttä ja aurinko paistaa kirkkaammin, sitä enemmän aurinkopaneeli tuottaa sähkövirran

Käytön aikana valokenno ja koko akku kuumenevat vähitellen. Kaikki energia, joka ei mennyt sähkövirran tuottamiseen, muuttuu lämmöksi. Usein lämpötila heliopaneelin pinnalla nousee 50–55 ° C: seen. Mutta mitä korkeampi se on, sitä vähemmän tehokas aurinkokenno toimii.

Seurauksena on, että sama aurinkoakun malli tuottaa vähemmän virtaa lämmössä kuin kylmällä säällä. Valosolut osoittavat maksimaalisen hyötysuhteen selkeänä talvipäivänä. Kaksi tekijää vaikuttavat tähän - paljon aurinkoa ja luonnollinen jäähdytys.

Lisäksi jos lunta putoaa paneeliin, se jatkaa sähkön tuotantoa muutenkin. Lisäksi lumihiutaleilla ei ole edes aikaa makuulle sen päälle, sulattuna lämmitettyjen valokennojen lämmöstä.

Aurinkoakun tehokkuus

Yksi valokenno jopa keskipäivällä selkeällä säällä antaa melko vähän sähköä, vain tarpeeksi, jotta LED-taskulamppu toimii.

Lähtötehon lisäämiseksi useita aurinkokennoja yhdistetään rinnakkaispiirissä tasajännitteen lisäämiseksi ja sarjassa virran voimakkuuden lisäämiseksi.

Aurinkopaneelien tehokkuus riippuu:

• ilman lämpötila ja itse akku;
• kuormankestävyyden oikea valinta;
• auringonvalon esiintymiskulma;
• heijastamattoman pinnoitteen olemassaolo / puuttuminen;
• valovirran teho.

Mitä matalampi lämpötila ulkona, sitä tehokkaammat valokennot ja aurinkoakku toimivat kokonaisuutena. Kaikki on täällä yksinkertaista. Kuorman laskemisella tilanne on kuitenkin monimutkaisempi. Se tulisi valita paneelin tuottaman virran perusteella. Mutta sen arvo vaihtelee säätekijöiden mukaan.

Heliopaneelit valmistetaan lähtöjännitteellä 12 V - jos akulle on syötettävä 24 V, niin kaksi paneelia on kytkettävä siihen samanaikaisesti

On ongelmallista valvoa jatkuvasti aurinkoakun parametreja ja säätää manuaalisesti sen toimintaa. On parempi käyttää ohjausohjain, joka säätää automaattisesti aurinkopaneelin asetukset maksimaalisen suorituskyvyn ja optimaalisten toimintatilojen saavuttamiseksi siitä.

Ihanteellinen auringonsäteiden tulokulma aurinkokennossa on suora. Kuitenkin, kun poikkeama on 30 asteen sisällä kohtisuorasta, paneelin hyötysuhde laskee vain noin 5%. Mutta kun tämä kulma kasvaa edelleen, yhä suurempi osa aurinkosäteilystä heijastuu, mikä vähentää aurinkokennojen hyötysuhdetta.

Jos akun vaaditaan antavan enimmäisenergiaa kesällä, sen tulisi olla suunnattu kohtisuoraan auringon keskimääräiseen sijaintiin, jota se käyttää päiväntasaajan päivinä keväällä ja syksyllä.

Moskovan alueella se on noin 40–45 astetta horisonttiin. Jos talvella tarvitaan enimmäismäärää, paneeli tulee asettaa pystysuoraan asentoon.

Ja vielä yksi asia - pöly ja lika heikentävät huomattavasti aurinkokennojen suorituskykyä. Fotonit sellaisen "likaisen" esteen läpi eivät yksinkertaisesti pääse niihin, mikä tarkoittaa, että mikään ei muunnu sähköksi. Paneelit on pestävä säännöllisesti tai asetettava siten, että sade pesee pölyn yksinään.

Joissakin aurinkokennoissa on sisäänrakennetut linssit säteilyn keskittämiseksi aurinkokennoihin. Selkeällä säällä tämä lisää tehokkuutta. Kuitenkin raskaalla pilvikatolla nämä linssit vain aiheuttavat vahinkoa.

Jos tavanomainen paneeli tällaisessa tilanteessa tuottaa edelleen virtaa, vaikkakin pienemmissä määrin, linssimalli lakkaa toimimasta melkein kokonaan.

Ihannetapauksessa aurinkokennoakun aurinko tulisi valaista tasaisesti. Jos jokin sen osista osoittautuu tummenetuksi, silloin valaisematon PEC muuttuu loistaudiksi. He eivät vain tässä tilanteessa tuota energiaa, vaan myös ottavat sen työskentelevistä osista.

Paneelit on asennettava siten, että auringonsäteiden tiellä ei ole puita, rakennuksia tai muita esteitä.

Talon virtakaavio auringosta

Aurinkoenergiajärjestelmä sisältää:

1. Aurinkopaneelit.
2. Ohjain.
3. Akut.
4. Invertteri (muuntaja).

Tämän piirin ohjain suojaa sekä aurinkopaneeleita että akkuja. Yhtäältä se estää käänteisvirtojen virtaamisen yöllä ja pilvisellä säällä, ja toisaalta se suojaa paristoja liialliselta varautumiselta / purkautumiselta.

Aurinkopaneelien paristot tulee valita saman ikäisen ja kapasiteetin mukaan, muuten lataus / purku tapahtuu epätasaisesti, mikä johtaa niiden käyttöiän lyhentymiseen jyrkästi

Jotta 12, 24 tai 48 voltin tasavirta muunnetaan tarvittavaksi vaihtovirralle 220 volttia invertteri. Auton akkuja ei suositella käytettäväksi tällaisissa piireissä, koska ne eivät kestä usein toistuvia latauksia. On parasta käyttää rahaa ja ostaa erityisiä helium AGM- tai hyydytettyjä OPzS-akkuja.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Toimintaperiaatteet ja aurinkopaneelit ei liian monimutkainen ymmärtää. Ja alla kerättyjen videomateriaalien avulla on entistä helpompaa ymmärtää kaikkia aurinkopaneelien toiminnan ja asennuksen monimutkaisuuksia.

On helppoa ja ymmärrettävää, kuinka aurinkosähkö aurinkoakku toimii kaikissa yksityiskohdissa:

Miten aurinkopaneelit on järjestetty, katso seuraava video:

Aurinkopaneelin DIY-kokoonpano valokennoista:

Jokainen esine aurinkoenergiajärjestelmä mökki on valittava pätevästi. Paristojen, muuntajan ja säätimen laitteissa tapahtuu väistämättömiä virtahäviöitä. Ja ne on pienennettävä minimiin, muuten aurinkopaneelien riittävän alhainen hyötysuhde laskee yleensä nollaan.

Aineiston tutkimuksen aikana oli kysymyksiä? Vai tiedättekö arvokasta tietoa artikkelin aiheesta ja voitteko kertoa sen lukijoillemme? Jätä kommenttisi alla olevaan ruutuun.