Princip rada solarne baterije: kako je solarna ploča uređena i kako funkcionira

Učinkovito pretvaranje slobodnih sunčevih zraka u energiju koja se može koristiti za napajanje stambenih i drugih objekata je dragocjeni san mnogih apologeta za zelenu energiju.

No, princip rada solarne baterije i njegova učinkovitost su takvi da nema potrebe govoriti o visokoj učinkovitosti takvih sustava. Bilo bi lijepo imati svoj dodatni izvor električne energije. Nije li? Štoviše, i danas se u Rusiji, uz pomoć solarnih panela, značajan broj privatnih domaćinstava uspješno opskrbljuje „besplatnom“ električnom energijom. Još uvijek ne znate odakle započeti?

U nastavku ćemo vam reći o uređaju i principima rada solarne ploče, saznat ćete o čemu ovisi učinkovitost solarnog sustava. A videozapisi objavljeni u članku pomoći će osobnom sastavljanju solarne ploče iz fotoćelija.

Solarni paneli: terminologija

U temi "solarna energija" postoji puno nijansi i zbrke. Početnicima je teško u početku razumjeti sve nepoznate pojmove. Ali bez toga, bavljenje solarnom energijom, nabavljanje opreme za generiranje „solarne“ struje, nije nerazumno.

Nesvjesno, ne možete samo odabrati pogrešnu ploču, već je jednostavno izgorjeti kada ste spojeni ili iz nje izvući premalo energije.

Prvo morate razumjeti postojeće vrste opreme za solarnu energiju. Solarni paneli i solarni kolektori dva su bitno različita uređaja. Oboje pretvaraju energiju sunčevih zraka.

Međutim, u prvom slučaju potrošač prima električnu energiju na izlazu, a u drugom slučaju toplinsku energiju u obliku grijane rashladne tekućine, tj. koriste se solarni paneli za grijanje kuće.

Maksimalni povrat solarnog panela može se postići samo znanjem kako radi, od kojih se komponenti i komponenti sastoji i kako se sve pravilno povezuje

Druga nijansa je koncept samog termina „solarna baterija“. Riječ "baterija" se obično odnosi na nekakav uređaj za pohranu energije. Ili vam padne na pamet banalni radijator grijanja. Međutim, u slučaju solarnih baterija, situacija je radikalno drugačija. U sebi ne akumuliraju ništa.

Solarna ploča stvara konstantnu električnu struju. Da biste ga pretvorili u varijablu (koristi se u svakodnevnom životu), u krugu mora biti prisutan pretvarač

Solarni paneli dizajnirani su isključivo za generiranje električne struje. Ona se pak sakuplja da noću, kad sunce zađe iznad horizonta, opskrbljuje kuću električnom energijom, već u akumulatorima, osim sheme napajanja objekta.

Baterija se ovdje podrazumijeva u sklopu određene kombinacije iste vrste komponenata sastavljenih u jedinstvenu cjelinu. Zapravo, ovo je samo ploča od nekoliko identičnih fotoćelija.

Unutarnja struktura solarne ćelije

Postupno, solarni paneli postaju jeftiniji i učinkovitiji. Sada se koriste za punjenje baterija u uličnim svjetiljkama, pametnim telefonima, električnim automobilima, privatnim kućama i satelitima u svemiru. Od toga su čak počeli graditi pune solarne elektrane (SES) s velikim količinama proizvodnje.

Solarna baterija sastoji se od mnogih fotoćelija (fotonaponskih pretvarača fotonaponskih stanica) koji pretvaraju energiju fotona sa sunca u električnu energiju

Svaka solarna baterija postavljena je kao blok devetog broja modula koji se kombiniraju u serijskim poluvodičkim fotoćelijama. Da bismo razumjeli načela rada takve baterije, potrebno je razumjeti rad ove posljednje veze u uređaju solarne ploče stvorenom na temelju poluvodiča.

Vrste kristala fotoćelija

Postoji mnogo mogućnosti za solarne ćelije iz različitih kemijskih elemenata. Međutim, većina ih je razvoj u početnim fazama. Za sada se proizvode samo industrijske ploče od solarnih ćelija na bazi silicija.

Silikonski poluvodiči se koriste u proizvodnji solarnih ćelija zbog svoje niske cijene, ne mogu se pohvaliti s osobito visokom učinkovitošću

Uobičajena solarna ćelija na solarnoj ploči je tanka ploča od dva sloja silicija, od kojih svaki ima svoja fizička svojstva. Ovo je klasično poluvodičko pn spajanje s parom elektrona-rupa.

Kada fotoni pogode PEC između ovih slojeva poluvodiča zbog nehomogenosti kristala, nastaje foto-emf na vratima, što rezultira razlike u potencijalu i struji elektrona.

Silicijeve pločice solarnih ćelija razlikuju se u tehnologiji proizvodnje za:

1. Monokristalni.
2. Polycrystalline.

Prve imaju veću učinkovitost, ali trošak njihove proizvodnje veći je od troška. Izvana se jedna opcija od druge na solarnoj ploči može razlikovati po obliku.

Jednokristalni PEC imaju jednoliku strukturu, izrađeni su u obliku kvadrata s izrezanim uglovima. Suprotno tome, polikristalni elementi imaju strogo kvadratni oblik.

Polikristali se dobivaju postupnim hlađenjem rastaljenog silicijuma. Ova metoda je krajnje jednostavna, pa su takve fotoćelije također jeftine.

Ali produktivnost u smislu proizvodnje električne energije od sunčeve svjetlosti rijetko prelazi 15%. To je zbog "nečistoće" dobivenih silicijumovih rezina i njihove unutarnje strukture. Ovdje je čistiji p-sloj silicija, što je veća učinkovitost PEC od njega.

Čistoća pojedinačnih kristala u ovom je pogledu mnogo veća od one kod polikristalnih analoga. Napravljeni su ne od rastaljenog, već od umjetno uzgojenog cijelog kristalnog silicija. Koeficijent fotonaponske pretvorbe za takve solarne ćelije već doseže 20-22%.

U zajedničkom modulu pojedinačne fotoćelije sastavljene su na aluminijskom okviru, a kako bi se zaštitile odozgo, one su zatvorene izdržljivim staklom, koje uopće ne ometa sunčevu svjetlost.

Gornji sloj ploče solarne ćelije okrenut prema suncu izrađen je od istog silicija, ali s dodatkom fosfora. Upravo će ovaj posljednji biti izvor viška elektrona u pn spojnom sustavu.

Pravi proboj u korištenju solarne energije bio je razvoj fleksibilnih ploča s amorfnim fotonaponskim silicijom:

Princip rada solarne ploče

Kad sunčeva svjetlost padne na fotoćeliju, u njoj se stvaraju neravnotežni parovi elektrona-rupa. Višak elektrona i "rupa" djelomično se prenose pn spojom iz jednog poluvodičkog sloja u drugi.

Kao rezultat toga, napon se pojavljuje u vanjskom krugu. U tom slučaju se na dodiru p-sloja formira pozitivni pol struje, a negativni pol na n-sloju.

Razlika potencijala (napona) između kontakata fotoćelije pojavljuje se zbog promjene broja "rupa" i elektrona s različitih strana p-n spajanja kao rezultat zračenja n-sloja sunčevim zracima

Fotocelice povezane s vanjskim opterećenjem u obliku akumulatora, s njim stvaraju začarani krug. Kao rezultat toga, solarna ploča djeluje poput vrste kotača duž kojeg elektroni „trče“ zajedno s proteinima. I punjiva baterija postupno dobija napunjenost.

Standardne silikonske fotonaponske ćelije su jednosmerne stanice. Prijenos elektrona u njih događa se samo kroz jedan p-n spoj, s tim područjem ovog prijelaza ograničenim u energiji fotona.

Odnosno, svaka takva fotoćelija sposobna je proizvoditi električnu energiju samo iz uskog spektra sunčevog zračenja. Sva ostala energija se troši. Stoga je učinkovitost solarnih ćelija tako niska.

Da bi se povećala učinkovitost solarnih ćelija, nedavno su za njih napravljeni silicijski poluvodički elementi (kaskada). U novom FEP-u već je nekoliko prijelaza. Štoviše, svaki od njih u ovoj kaskadi dizajniran je za svoj spektar sunčeve svjetlosti.

Ukupna učinkovitost pretvorbe fotona u električnu struju u takvim se fotocelijama u konačnici povećava. Ali cijena im je puno veća. Ovdje se postiže ili jednostavnost izrade s niskom cijenom i niskom učinkovitošću, ili veći povrat u kombinaciji s visokim troškovima.

Solarna baterija može raditi i ljeti i zimi (potrebna joj je svjetlost, a ne toplina) - što je manje oblaka i sunca sjajnije, više će solarni panel generirati električnu struju

Tijekom rada fotoćelija i cijela baterija postupno se zagrijavaju. Sva energija koja nije išla generaciji električne struje pretvara se u toplinu. Često temperatura na površini heliopanela poraste na 50–55 ° S. Ali što je viša, fotonaponska ćelija manje djeluje.

Kao rezultat, isti model solarne baterije stvara manje struje u toplini nego u hladnom vremenu. Fotocelice pokazuju maksimalnu učinkovitost vedrog zimskog dana. Dva faktora utječu na to - puno sunca i prirodno hlađenje.

Štoviše, ako snijeg padne na ploču, ionako će i dalje proizvoditi struju. Štoviše, snježne pahulje nemaju vremena ni ležati na njemu, rastopljene od vrućine zagrijanih fotoćelija.

Učinkovitost solarne baterije

Jedna fotoćelija čak i u podne za vedrog vremena daje prilično malo električne energije, dovoljno samo da LED svjetiljka može raditi.

Da bi povećali izlaznu snagu, nekoliko solarnih ćelija kombinirano je u paralelnom krugu za povećanje istosmjernog napona i serijski za povećanje trenutne snage.

Učinkovitost solarnih panela ovisi o:

• temperatura zraka i sama baterija;
• ispravan odabir otpora opterećenja;
• kut upada sunčeve svjetlosti;
• prisutnost / odsutnost antirefleksnog premaza;
• snaga svjetlosnog toka.

Što je niža temperatura vani, učinkovitije su fotoćelije i solarna baterija. Ovdje je sve jednostavno. Ali s računanjem opterećenja situacija je složenija. To bi trebao biti odabran na temelju trenutne generacije od strane ploče. Ali njegova vrijednost varira ovisno o vremenskim čimbenicima.

Heliopaneli se proizvode s izlaznim naponom koji je višestruki od 12 V - ako se baterija mora napajati 24 V, tada će dvije paralelno morati biti spojene na nju.

Problematično je stalno nadzirati parametre solarne baterije i ručno podešavati njen rad. Bolje je koristiti upravljački regulator, koja automatski prilagođava postavke samog solarnog panela kako bi se postigli maksimalan rad i optimalni načini rada od njega.

Idealan kut upada sunčevih zraka na solarnu ćeliju je ravan. Međutim, ako je odstupanje unutar 30 stupnjeva od okomice, učinkovitost ploče pada samo oko 5%. No daljnjim povećanjem ovog kuta odrazit će se sve veći udio sunčevog zračenja, čime se smanjuje učinkovitost solarnih ćelija.

Ako je ljeti potrebno da baterija daje maksimalnu energiju, tada bi trebala biti orijentirana okomito na prosječni položaj Sunca, koji zauzima u dane ravnodnevnice u proljeće i jesen.

Za moskovsku regiju, to je oko 40–45 stupnjeva do horizonta. Ako je zimi potreban maksimum, ploču treba postaviti u vertikalniji položaj.

I još jedna stvar - prašina i prljavština uvelike smanjuju rad solarnih ćelija. Fotoni kroz takvu "prljavu" barijeru jednostavno ne dopiru do njih, što znači da se nema što pretvoriti u električnu energiju. Ploče se moraju redovito prati ili postavljati tako da prašina sama opere kišu.

Neke solarne ćelije imaju ugrađene leće za koncentriranje zračenja na solarne ćelije. U vedrom vremenu to dovodi do povećane učinkovitosti. Međutim, s teškim oblakom, ove leće samo štete.

Ako konvencionalni panel u takvoj situaciji i dalje generira struju, iako u manjim količinama, model objektiva prestat će raditi gotovo u potpunosti.

U idealnom slučaju, sunce iz baterija solarnih ćelija trebalo bi biti ravnomjerno osvijetljeno. Ako se jedan od njegovih dijelova pokaže zatamnjen, tada se neosvijetljeni PEC pretvara u parazitsko opterećenje. Oni ne samo da u ovoj situaciji ne stvaraju energiju, već je uzimaju i iz radnih elemenata.

Ploče moraju biti postavljene tako da na putu sunčevih zraka ne postoje drveće, zgrade ili druge prepreke.

Shema napajanja kuće od sunca

Sunčev sustav napajanja uključuje:

1. Solarni paneli.
2. Kontroler.
3. baterije.
4. Pretvarač (transformator).

Regulator u ovom krugu štiti i solarne ploče i baterije. S jedne strane, sprječava protok povratnih struja noću i po oblačnom vremenu, a s druge strane štiti baterije od pretjeranog napunjenja / pražnjenja.

Baterije za solarne panele bi trebale biti iste prema dobi i kapacitetu, u suprotnom će se punjenje / pražnjenje pojaviti neravnomjerno, što će dovesti do naglog smanjenja njihovog životnog vijeka

Za transformiranje istosmjerne struje od 12, 24 ili 48 Volta u izmjeničnu potrebnu 220-voltsku pretvarač, Automobilske baterije se ne preporučuju u takvom krugu zbog njihove nesposobnosti da izdrže česta punjenja. Najbolje je potrošiti novac i kupiti posebne helijske AGM ili jellied OPZS baterije.

Zaključci i korisni video na temu

Načela rada i solarni paneli ne previše komplicirano za razumijevanje. A uz video materijale koje ćemo u nastavku prikupiti, bit će još lakše razumjeti sve sitnice funkcioniranja i ugradnje solarnih panela.

Dostupno je i razumljivo kako fotonaponska solarna baterija funkcionira u svim detaljima:

Kako su uređeni solarni paneli, pogledajte u sljedećem videu:

Sami napravite solarnu ploču iz fotoćelija:

Svaki predmet u solarni energetski sustav vikendica mora biti odabrana kompetentno. Neizbježni gubici energije nastaju na baterijama, transformatorima i regulatoru. I moraju se svesti na minimum, inače će se dovoljno niska učinkovitost solarnih panela općenito svesti na nulu.

Tijekom proučavanja gradiva bilo je pitanja? Ili znate vrijedne podatke o temi članka i možete ih prenijeti našim čitateljima? Molimo ostavite svoje komentare u polju ispod.