עקרון פעולת הסוללה הסולארית: אופן סידור הפאנל הסולארי ועובד

ההמרה האפקטיבית של קרני השמש החופשיות לאנרגיה שיכולה לשמש להפעלת דיור ומתקנים אחרים היא חלום מוקיר של רבים מתנצלים על אנרגיה ירוקה.

אולם עקרון פעולת הסוללה הסולארית, ויעילותה הם כאלה שאין צורך לדבר על היעילות הגבוהה של מערכות כאלה. יהיה נחמד לקבל מקור חשמל נוסף משלך. נכון? יתרה מזו, גם כיום ברוסיה, בעזרת פאנלים סולאריים, מספר לא מבוטל של משקי בית פרטיים מסופקים בהצלחה עם חשמל "בחינם". אתה עדיין לא יודע איפה להתחיל?

להלן נספר לכם על המכשיר ועל עקרונות הפעולה של לוח השמש, תוכלו לגלות במה תלויה היעילות של מערכת השמש. והסרטונים שפורסמו במאמר יעזרו להרכיב באופן אישי פאנל סולארי מתאי צילום.

פאנלים סולאריים: טרמינולוגיה

בנושא "אנרגיה סולארית" יש המון ניואנסים ובלבול. לרוב קשה למתחילים להבין את כל המונחים הלא מוכרים בהתחלה. אך בלי זה, עיסוק באנרגיה סולארית, רכישת ציוד לייצור זרם "סולארי", אינו סביר.

בלי לדעת, אתה יכול לא רק לבחור בלוח הלא נכון, אלא פשוט לשרוף אותו כשאתה מחובר או לחלץ ממנו מעט מדי אנרגיה.

ראשית עליכם להבין את הזנים הקיימים של ציוד לאנרגיה סולארית. פאנלים סולאריים וקולטני שמש הם שני מכשירים שונים זה מזה. שניהם הופכים את האנרגיה של קרני השמש.

עם זאת, במקרה הראשון, הצרכן מקבל אנרגיה חשמלית בשקע, ובמקרה השני האנרגיה התרמית בצורה של נוזל קירור מחומם, משמשים לפאנלים סולאריים חימום ביתי.

את ההחזר המרבי מלוח השמש ניתן להשיג רק על ידי ידיעה כיצד הוא עובד, מאילו רכיבים ורכיבים הוא מורכב ואיך הכל מתחבר נכון

הניואנס השני הוא מושג המונח "סוללה סולארית" עצמה. בדרך כלל, המילה "סוללה" מתייחסת למכשיר כלשהו לאחסון אנרגיה. או שמגיע לראשך רדיאטור חימום בנאלי. עם זאת, במקרה של סוללות סולאריות המצב שונה בתכלית. הם לא צוברים דבר בעצמם.

לוח השמש מייצר זרם חשמלי קבוע. כדי להמיר אותו למשתנה (המשמש בחיי היומיום), חייבים להיות מהפך במעגל

פאנלים סולאריים מיועדים אך ורק לייצור זרם חשמלי. זה, בתורו, מצטבר לאספקת חשמל לבית בלילה, כשהשמש שוקעת מעבר לאופק, כבר בסוללות הקיימות בנוסף לתכנית אספקת החשמל של האובייקט.

הסוללה כאן משתמעת בהקשר של שילוב מסוים של אותו סוג של רכיבים שהורכבו לכדי שלם אחד. למעשה, זהו רק פאנל של כמה תאים פוטנציאליים זהים.

המבנה הפנימי של התא הסולארי

בהדרגה, לוחות סולאריים נעשים זולים ויעילים יותר. כעת הם משמשים להטענת סוללות בפנסי רחוב, סמארטפונים, מכוניות חשמליות, בתים פרטיים ולוויינים בחלל. מתוכם הם אף החלו להקים תחנות כוח סולאריות מן המניין (SES) בהיקפי ייצור גדולים.

הסוללה הסולארית מורכבת מתאי פוטו רבים (ממירים פוטו-וולטאיים של תאים פוטו-וולטאים) הממירים את האנרגיה של פוטונים מהשמש לחשמל

כל סוללה סולארית מסודרת כבלוק של מספר עשיר של מודולים המשלבים בתאים פוטו-מוליכים-למחצה בסדרה. כדי להבין את עקרונות הפעולה של סוללה כזו, יש צורך להבין את פעולתו של קישור סופי זה במכשיר הפאנל הסולארי שנוצר על בסיס מוליכים למחצה.

סוגי גבישים של תאי פוטו

יש הרבה אפשרויות לתאים סולאריים מאלמנטים כימיים שונים. עם זאת, רובם הם פיתוח בשלבים ראשוניים. עד כה מיוצרים כיום רק לוחות העשויים מתאי שמש מבוססי סיליקון בקנה מידה תעשייתי.

מוליכים למחצה סיליקון משמשים בייצור תאים סולאריים בגלל עלותם הנמוכה, הם אינם יכולים להתפאר ביעילות גבוהה במיוחד

תא סולרי נפוץ בלוח סולארי הוא פלטה דקה של שתי שכבות סיליקון, שלכל אחת מהן תכונות פיזיקליות משלה. זהו צומת pn מוליכים למחצה מוליכים למחצה עם זוגות חור אלקטרונים.

כאשר פוטונים פוגעים ב- PEC בין שכבות אלה של מוליכים למחצה בגלל חוסר ההומוגניות של הגביש, נוצר צילום EMF שער, מה שמביא להבדל פוטנציאלי וזרם אלקטרונים.

פרוסות סיליקון של תאים סולאריים שונות בטכנולוגיית הייצור עבור:

1. מונוקריסטלי.
2. פולי-קריסטל.

לראשונים יש יעילות גבוהה יותר, אך עלות ייצורם גבוהה יותר מזו של האחרונים. מבחינה חיצונית, ניתן להבחין באפשרות אחת מאחת על לוח השמש לפי צורה.

PECs גבישים יחידים הם בעלי מבנה אחיד, הם עשויים בצורת ריבועים עם פינות חתוכות. לעומת זאת, לאלמנטים פולי-קריסטליים יש צורה מרובעת לחלוטין.

פולי-קריסטלים מתקבלים על ידי קירור בהדרגה של סיליקון מותך. שיטה זו היא פשוטה ביותר, ולכן גם תאים פוטנציאליים כאלה אינם יקרים.

אבל בפריון במונחים של ייצור חשמל מאור השמש הם כמעט ולא עולים על 15%. זה נובע מ"טומאה "של פרוסות הסיליקון המתקבלות והמבנה הפנימי שלהן. כאן, ככל ששכבת ה- p סיליקון נקייה יותר, כך היעילות של ה- PEC ממנה גבוהה יותר.

טוהרם של גבישים בודדים מבחינה זו גבוה בהרבה מזה של אנלוגים אנכי-גבישי. הם עשויים לא ממותך, אלא מקריסטל סיליקון שלם שגדל באופן מלאכותי. מקדם ההמרה הפוטו-וולטאי לתאי שמש כאלה מגיע כבר ל 20-22%.

במודול משותף, תאי פוטו בודדים מורכבים על גבי מסגרת אלומיניום, וכדי להגן עליהם מלמעלה הם נסגרים בזכוכית עמידה, שאינה מפריעה כלל לאור שמש.

השכבה העליונה של לוחית השמש הפונה לשמש עשויה מאותו סיליקון, אך בתוספת זרחן. זה האחרון יהיה המקור לעודף אלקטרונים במערכת צומת ה- pn.

פריצת דרך אמיתית בשימוש באנרגיה סולארית הייתה פיתוח לוחות גמישים עם סיליקון פוטוולטאי אמורפי:

העיקרון של הפאנל הסולארי

כאשר אור השמש נופל על תא פוטו, נוצרים בו זוגות חור של אלקטרונים שאינם מאוימים. עודף אלקטרונים ו"חורים "מועברים באופן חלקי דרך צומת ה- pn משכבה מוליכים למחצה לשנייה.

כתוצאה מכך מופיע מתח במעגל החיצוני. במקרה זה, נוצר מוט חיובי של המקור הנוכחי במגע של שכבת p, וקוטב שלילי בשכבה n.

ההבדל הפוטנציאלי (מתח) בין המגעים של תא התא פוטנציאלי נובע כתוצאה משינוי במספר ה"חורים "והאלקטרונים מצדדים שונים של צומת ה- p-n כתוצאה מהקרנת שכבת ה- n על ידי קרני השמש.

תאי הצילום המחוברים לעומס חיצוני בצורה של סוללה יוצרים עיגול קסמים איתו. כתוצאה מכך, לוח השמש עובד כמו סוג של גלגל שלאורכו אלקטרונים "רצים" יחד עם חלבונים. והסוללה הנטענת צוברת בהדרגה טעינה.

תאים פוטו-וולטאיים סטנדרטיים מסיליקון הם תאי צומת יחיד. העברת אלקטרונים לתוכם מתרחשת רק דרך צומת p-n אחת עם אזור של מעבר זה מוגבל באנרגיה פוטון.

כלומר, כל תא פוטו כזה מסוגל לייצר חשמל רק מספקטרום צר של קרינת שמש. כל האנרגיה האחרת מבוזבזת. לכן היעילות של תאים סולאריים כה נמוכה.

כדי להגדיל את היעילות של תאים סולאריים, אלמנטים מוליכים למחצה סיליקון עבורם נעשו לאחרונה לרב-צומת (אשד). ב- FEP החדש יש כבר מספר מעברים. יתרה מזאת, כל אחד מהם באשד זה מיועד לספקטרום השמש שלו.

היעילות הכוללת של המרת פוטונים לזרם חשמלי בתאי פוטו כאלה עולה בסופו של דבר. אבל המחיר שלהם הרבה יותר גבוה. כאן, קלות ייצור בעלות נמוכה ויעילות נמוכה, או תשואות גבוהות יותר יחד עם עלות גבוהה.

הסוללה הסולארית יכולה לעבוד גם בקיץ וגם בחורף (היא זקוקה לאור, לא לחום) - ככל שהעננות והשמש זורחות בהירים יותר, כך הפאנל הסולארי יפיק זרם חשמלי יותר.

במהלך הפעולה, תא הצילום והסוללה כולה מתחמם בהדרגה. כל האנרגיה שלא עברה לייצור זרם חשמלי הופכת לחום. לעתים קרובות הטמפרטורה על פני ההליופנל עולה ל 50-55 מעלות צלזיוס. אך ככל שהוא גבוה יותר, התא הפוטוולטאי עובד פחות.

כתוצאה מכך, אותו דגם של סוללה סולרית מייצר פחות זרם בחום מאשר במזג אוויר קר. תאי פוטון מראים יעילות מקסימאלית ביום חורפי בהיר. שני גורמים משפיעים על זה - הרבה שמש וקירור טבעי.

יתר על כן, אם יורד שלג על הפאנל, הוא ימשיך לייצר חשמל בכל מקרה. יתרה מזאת, לפתיתים שלג אין אפילו זמן לשכב עליו, שנמס מחום של תאי פוטו מחוממים.

יעילות סוללה סולארית

תא צילום אחד אפילו בצהריים במזג אוויר צלול מוציא לא מעט חשמל, רק מספיק כדי שפנס LED יעבוד.

כדי להגדיל את כוח הפלט, משולבים כמה תאים סולאריים במעגל מקביל להגברת מתח DC ובסדרות להגברת חוזק הזרם.

היעילות של לוחות סולאריים תלויה ב:

• טמפרטורת האוויר והסוללה עצמה;
• הבחירה הנכונה של עמידות בפני עומס;
• זווית השכיחות של אור השמש;
• נוכחות / היעדר ציפוי אנטי רפלקטיבי;
• כוחו של זרם קל.

ככל שהטמפרטורה בחוץ נמוכה יותר, כך תאי הצילום והסוללה הסולארית יעילים יותר כולה. הכל פשוט כאן. אך עם חישוב העומס המצב מורכב יותר. יש לבחור אותו על סמך הזרם שנוצר על ידי החלונית. אך ערכו משתנה בהתאם לגורמי מזג האוויר.

ניתן להשיג לוחות סולאריים עם מתח יציאה שהוא מכפיל של 12 וולט - אם דרוש 24 וולט לסוללה, אז יהיה צורך לחבר אליו שני לוחות במקביל.

זה בעייתי לפקח כל הזמן על הפרמטרים של סוללת השמש ולהתאים ידנית את פעולתה. עדיף להשתמש בקר שליטה, המתאים אוטומטית את הגדרות לוח השמש עצמו על מנת להשיג ביצועים מרביים ומצבי הפעלה מיטביים ממנו.

זווית השכיחות האידיאלית של קרני השמש בתא השמש היא ישר. עם זאת, כאשר הסטייה היא בטווח של 30 מעלות מהניצב, יעילות הלוח נופלת רק סביב 5%. אך עם עלייה נוספת בזווית זו, ישתקף שיעור הולך וגובר של קרינת השמש, ובכך יפחית את היעילות של תאי השמש.

אם הסוללה נדרשת לתת מקסימום אנרגיה בקיץ, עליה להיות מכוונת בניצב למיקום הממוצע של השמש, אותה היא תופסת בימי השוויון באביב ובסתיו.

עבור אזור מוסקבה, הוא 40-45 מעלות לאופק. אם יש צורך במקסימום בחורף, יש להציב את הפאנל במצב אנכי יותר.

ודבר אחד נוסף - אבק ולכלוך מקטינים מאוד את הביצועים של תאים סולאריים. פוטונים דרך מחסום כה "מלוכלך" פשוט לא מגיעים אליהם, מה שאומר שאין מה להמיר לחשמל. יש לשטוף פנלים באופן קבוע או למקם כך שהאבק נשטף על ידי הגשם בכוחות עצמו.

לחלק מהתאים הסולאריים יש עדשות מובנות לריכוז קרינה בתאי השמש. במזג אוויר צלול הדבר מוביל ליעילות מוגברת. עם זאת, עם כיסוי ענן כבד, עדשות אלה רק פוגעות.

אם לוח קונבנציונאלי במצב כזה ימשיך לייצר זרם, גם אם בנפחים קטנים יותר, דגם העדשות יפסיק לעבוד כמעט לחלוטין.

באופן אידיאלי, יש להאיר את השמש מסוללת תא סולארית באופן שווה. אם יתברר שאחד מקטעי החושך שלו, אז ה- PEC הלא מואר הופך לעומס טפילי. הם לא רק במצב זה אינם מייצרים אנרגיה, אלא גם לוקחים אותה מהיסודות העובדים.

יש להתקין את הלוחות כך שלא יהיו עצים, בניינים או מכשולים אחרים בנתיב קרני השמש.

ערכת חשמל של הבית מהשמש

מערכת האנרגיה הסולארית כוללת:

1. פאנלים סולאריים.
2. בקר
3. מצברים.
4. מהפך (שנאי).

הבקר במעגל זה מגן על פאנלים סולאריים וגם על סוללות. מצד אחד הוא מונע מזרמים הפוכים לזרום בלילה ובמזג אוויר מעונן, ומצד שני הוא מגן על סוללות מפני טעינה / פריקה מוגזמת.

יש לבחור בסוללות לפאנלים סולאריים זהים בגילם ובקיבולתם, אחרת טעינה / פריקה תתרחש בצורה לא אחידה, מה שיוביל לירידה חדה בחיי השירות שלהם

כדי להפוך זרם DC של 12, 24 או 48 וולט לסיבולת 220 וולט נחוצה מהפך. מצברים לרכב אינם מומלצים לשימוש במעגל כזה בגלל חוסר יכולתם לעמוד בטעינה תכופה. עדיף להוציא כסף ולרכוש סוללות הליום מיוחדות או סוללות OPzS ג'לי.

מסקנות ווידאו שימושי בנושא

עקרונות הפעלה ו פאנלים סולאריים לא מסובך מכדי להבין. ועם חומרי הווידיאו שנאספו על ידינו למטה, יהיה קל אפילו יותר להבין את כל המורכבויות של תפקוד והתקנת לוחות סולאריים.

זה נגיש ומובן כיצד פועלת הסוללה הסולארית הפוטו-וולטאית, בכל הפרטים:

כיצד מסדרים פאנלים סולאריים, ראו את הסרטון הבא:

הרכבה DIY של פאנל סולארי מתאי פוטו:

כל פריט ב מערכת אנרגיה סולארית יש לבחור את הקוטג 'במיומנות. הפסדי חשמל בלתי נמנע מתרחשים בסוללות, שנאים ובקר. ויש להפחיתם למינימום, אחרת היעילות הנמוכה מספיק של לוחות סולאריים תקטן לאפס באופן כללי.

במהלך חקר החומר היו שאלות? או שאתה מכיר מידע חשוב בנושא המאמר ויכול לספר אותו לקוראים שלנו? אנא השאר את התגובות שלך בתיבה למטה.