Saulės baterijos veikimo principas: kaip saulės kolektorius yra išdėstytas ir veikia

Veiksmingas laisvų saulės spindulių pavertimas energija, kurią galima panaudoti būstui ir kitoms patalpoms maitinti, yra puoselėjama daugelio žaliosios energijos apologetų svajonė.

Tačiau saulės baterijos veikimo principas ir jos efektyvumas yra tokie, kad nereikia kalbėti apie aukštą tokių sistemų efektyvumą. Būtų malonu turėti savo papildomą elektros energijos šaltinį. Teisingai? Be to, net ir šiandien Rusijoje, naudojant saulės baterijas, nemažai privačių namų ūkių sėkmingai tiekiami „nemokama“ elektra. Jūs vis dar nežinote, nuo ko pradėti?

Žemiau mes jums papasakosime apie prietaisą ir saulės skydelio veikimo principus, sužinosite, nuo ko priklauso saulės sistemos efektyvumas. O straipsnyje patalpinti vaizdo įrašai padės asmeniškai surinkti saulės bateriją iš fotoelementų.

Saulės skydai: terminija

„Saulės energijos“ tema yra daugybė niuansų ir painiavos. Pradedantiesiems dažnai sunku iš pradžių suprasti visus nepažįstamus terminus. Bet be to, neprotinga užsiimti saulės energija, įsigyti įrangą „saulės“ srovei generuoti.

Nesąmoningai galite ne tik pasirinkti netinkamą skydelį, bet ir tiesiog sudeginti, kai prijungiate, arba išgauti iš jo per mažai energijos.

Pirmiausia turite suprasti esamas saulės energijos įrangos rūšis. Saulės baterijos ir saulės kolektoriai yra du iš esmės skirtingi prietaisai. Abu jie keičia saulės spindulių energiją.

Tačiau pirmuoju atveju vartotojas gauna elektros energiją išleidimo angoje, o antruoju atveju šiluminę energiją teikia šildomo aušinimo skysčio pavidalu, t. naudojamos saulės baterijos namų šildymas.

Maksimalią grąžą iš saulės kolektoriaus galima gauti tik žinant, kaip ji veikia, kokius komponentus ir komponentus ji sudaro ir kaip visa tai teisingai sujungia

Antrasis niuansas yra pati „saulės baterijos“ sąvoka. Paprastai žodis „akumuliatorius“ reiškia tam tikrą energijos kaupimo įtaisą. Arba ateina galvoje banalus šildymo radiatorius. Tačiau saulės baterijų padėtis kardinaliai skiriasi. Jie nieko nekaupia savyje.

Saulės skydelis generuoja nuolatinę elektros srovę. Norėdami konvertuoti jį į kintamąjį (naudojamą kasdieniame gyvenime), grandinėje turi būti keitiklis

Saulės plokštės yra skirtos tik elektros srovei generuoti. Savo ruožtu jis kaupiasi tam, kad aprūpintų namą elektra naktį, kai saulė leidžiasi virš horizonto, jau baterijose, esančiose šalia objekto maitinimo schemos.

Akumuliatorius čia suprantamas kaip tam tikras to paties tipo komponentų, sujungtų į vieną visumą, derinys. Tiesą sakant, tai tik keletas identiškų fotoelementų skydelio.

Saulės elemento vidinė struktūra

Palaipsniui saulės baterijos tampa pigesnės ir efektyvesnės. Dabar jie naudojami akumuliatoriams įkrauti gatvių šviestuvuose, išmaniuosiuose telefonuose, elektromobiliuose, privačiuose namuose ir palydovuose kosmose. Iš jų jie net pradėjo statyti pilnavertes saulės jėgaines (SES), gaminančias didelius kiekius.

Saulės bateriją sudaro daugybė fotoelementų (fotoelektrinių fotoelektrinių keitiklių), kurie saulės fotonų energiją paverčia elektra

Kiekviena saulės baterija yra išdėstyta kaip n-asis modulių skaičius, sujungiantys nuosekliai puslaidininkinius fotoelementus. Norint suprasti tokios baterijos veikimo principus, būtina suprasti šios galutinės jungties veikimą saulės kolektorių įrenginyje, sukurtame remiantis puslaidininkiais.

Fotoelementų kristalų rūšys

Yra daugybė saulės elementų iš skirtingų cheminių elementų variantų. Tačiau dauguma jų yra vystymas pradiniame etape. Kol kas pramoniniu mastu gaminamos tik plokštės, pagamintos iš silicio turinčių saulės elementų.

Silicio puslaidininkiai yra naudojami gaminant saulės elementus, nes jie turi mažą kainą, todėl negali pasigirti ypač dideliu efektyvumu.

Įprasta saulės baterija saulės kolektoriuje yra plona dviejų silicio sluoksnių plokštė, kurių kiekvienas turi savo fizines savybes. Tai yra klasikinė puslaidininkių pn jungtis su elektronų ir skylių poromis.

Kai dėl kristalo nehomogeniškumo fotonai patenka į PEC tarp šių puslaidininkio sluoksnių, susidaro vartų foto-emf, sukeliantis potencialo skirtumą ir elektronų srovę.

Saulės elementų silicio plokštelių gamybos technologijos skiriasi:

1. Monokristaliniai.
2. Polikristaliniai.

Pirmieji turi didesnį efektyvumą, tačiau jų gamybos išlaidos yra didesnės nei pastarųjų. Išoriškai vieną variantą nuo kito saulės skydelyje galima atskirti pagal formą.

Vien krištolo PEC turi vienodą struktūrą, jie yra pagaminti kvadratų pavidalu su supjaustytais kampais. Priešingai, polikristaliniai elementai turi griežtai kvadrato formą.

Polikristalai gaunami palaipsniui aušinant išlydytą silicį. Šis metodas yra labai paprastas, todėl tokie fotoelementai taip pat yra nebrangūs.

Našumas, gaminant elektrą iš saulės spindulių, retai viršija 15%. Taip yra dėl gautų silicio plokštelių „nešvarumo“ ir jų vidinės struktūros. Kuo švaresnis p silicio sluoksnis, tuo didesnis PEC efektyvumas iš jo.

Pavienių kristalų grynumas šiuo atžvilgiu yra daug didesnis nei polikristalinių analogų. Jie gaminami ne iš išlydyto, o iš dirbtinai išauginto viso silicio kristalo. Tokių saulės elementų fotovoltinės konversijos koeficientas jau siekia 20–22%.

Bendrame modulyje atskiri fotoelementai surenkami ant aliuminio rėmo, o norint juos apsaugoti nuo viršaus, jie uždaromi tvirtu stiklu, kuris visiškai netrukdo saulės spinduliams.

Viršutinis saulės elementų plokštės sluoksnis, nukreiptas į saulę, yra pagamintas iš to paties silicio, tačiau pridedant fosforo. Būtent pastarasis bus elektronų pertekliaus šaltinis pn sandūros sistemoje.

Lanksčių plokščių su amorfiniu fotoelektriniu siliciu kūrimas tapo tikru proveržiu saulės energijos naudojimo srityje:

Saulės skydo principas

Kai saulės šviesa nukrenta ant fotoelemento, jame nesusidaro pusiausvyros elektronų ir skylių poros. Pertekliniai elektronai ir „skylės“ iš dalies perkeliami per pn sandūrą iš vieno puslaidininkio sluoksnio į kitą.

Dėl to išorinėje grandinėje atsiranda įtampa. Tokiu atveju, esant p-sluoksnio kontaktui, susidaro teigiamas srovės šaltinio polius, o prie n-sluoksnio - neigiamas.

Galimas fotoelemento kontaktų skirtumas (įtampa) atsiranda dėl pasikeitusio „skylių“ ir elektronų skaičiaus iš skirtingų p-n sankryžos pusių, nes n sluoksnį apšvitina saulės spinduliai.

Fotoelementai, sujungti su išorine apkrova baterijos pavidalu, sudaro užburtą ratą. Dėl to saulės kolektorius veikia kaip savotiškas ratas, kurį einant elektronai „rieda“ kartu su baltymais. Ir pamažu įkraunama įkraunama baterija.

Standartiniai silicio fotoelektriniai elementai yra vienos jungties elementai. Elektronų perkėlimas į juos vyksta tik per vieną p-n sankryžą su šio perėjimo zona, ribojama fotonų energija.

Tai yra, kiekvienas toks fotoelementas gali gaminti elektrą tik iš siauro saulės spinduliuotės spektro. Visa kita energija eikvojama. Todėl saulės elementų efektyvumas yra toks žemas.

Norėdami padidinti saulės elementų efektyvumą, silicio puslaidininkių elementai jiems neseniai buvo padaryti daugiataškiai (kaskadiniai). Naujajame FEP jau yra keli perėjimai. Be to, kiekvienas iš jų šioje kaskadoje yra skirtas savo saulės spindulių spektrui.

Bendras fotonų konvertavimo į elektros srovę efektyvumas tokiuose fotoelementuose galiausiai padidėja. Tačiau jų kaina yra daug didesnė. Čia gali būti pagamintas paprastas, nebrangus ir mažas efektyvumas, arba didesnė grąža kartu su didelėmis sąnaudomis.

Saulės baterija gali veikti tiek vasarą, tiek žiemą (jai reikia šviesos, o ne šilumos) - kuo mažiau debesuotumo ir saulė šviečia ryškesnė, tuo daugiau saulės kolektorius generuos elektros srovę

Veikimo metu fotoelementas ir visa baterija palaipsniui kaitinami. Visa energija, kuri nepateko į elektros srovės generavimą, virsta šiluma. Dažnai temperatūra heliopanelio paviršiuje pakyla iki 50–55 ° С. Bet kuo jis didesnis, tuo fotoelektrinis fotoaparatas veikia mažiau efektyviai.

Todėl tas pats saulės baterijos modelis sukuria mažiau šilumos nei šaltu oru. Fotoelementai parodo maksimalų efektyvumą gryną žiemos dieną. Tam įtakos turi du veiksniai - daug saulės ir natūralus vėsinimas.

Be to, jei ant skydo kris sniegas, jis vis tiek toliau gamins elektrą. Be to, snaigės net neturi laiko ant jo atsigulti, ištirpusios nuo įkaitusių fotoelementų karščio.

Saulės baterijų efektyvumas

Vienas fotoelementas net vidurdienį, esant skaidriam orui, išskiria gana daug elektros energijos, tik tiek, kad galėtų veikti LED žibintuvėlis.

Norint padidinti išėjimo galią, kelios saulės baterijos yra sujungtos lygiagrečioje grandinėje, norint padidinti nuolatinę nuolatinę įtampą, ir nuosekliai, kad padidėtų srovės stipris.

Saulės baterijų efektyvumas priklauso nuo:

• oro temperatūra ir pati baterija;
• teisingas atsparumo apkrovai pasirinkimas;
• saulės šviesos kritimo kampas;
• antirefleksinės dangos buvimas / nebuvimas;
• šviesos srauto galia.

Kuo žemesnė temperatūra lauke, tuo efektyvesni fotoelementai ir saulės baterija. Čia viskas paprasta. Bet apskaičiavus apkrovą, situacija yra sudėtingesnė. Jis turėtų būti pasirinktas atsižvelgiant į plokštės generuojamą srovę. Tačiau jo vertė skiriasi priklausomai nuo oro sąlygų.

„Helio“ plokščių gamyboje naudojama 12 V išėjimo įtampa, daugkartinė - jei akumuliatoriui turi būti tiekiama 24 V, tada prie jo turės būti prijungtos dvi plokštės

Problema yra nuolat stebėti saulės baterijos parametrus ir rankiniu būdu reguliuoti jos veikimą. Geriau naudoti valdymo valdiklis, kuris automatiškai koreguoja paties saulės kolektoriaus parametrus, kad iš jo būtų pasiektas maksimalus našumas ir optimalūs darbo režimai.

Idealus saulės spindulių kritimo kampas ant saulės elemento yra tiesus. Tačiau, kai nuokrypis nuo statmens yra ne didesnis kaip 30 laipsnių, plokštės efektyvumas sumažėja tik apie 5%. Bet toliau didinant šį kampą, atsispindės didėjanti saulės spinduliuotės dalis ir taip sumažės saulės elementų efektyvumas.

Jei akumuliatoriui vasarą reikia suteikti kuo daugiau energijos, tada jis turėtų būti nukreiptas statmenai į vidutinę Saulės padėtį, kurią ji užima lygiadienio dienomis pavasarį ir rudenį.

Maskvos regione jis yra maždaug 40–45 laipsnių kampu. Jei žiemą reikia daugiausiai, tada skydą reikia pastatyti vertikalesnėje padėtyje.

Ir dar vienas dalykas - dulkės ir nešvarumai labai sumažina saulės elementų našumą. Fotonai per tokią „nešvarią“ užtvarą jų paprasčiausiai nepasiekia, vadinasi, nėra ką paversti elektra. Plokštės turi būti reguliariai plaunamos arba dedamos taip, kad lietaus dulkes nuplautų savaime.

Kai kuriuose saulės elementuose yra įmontuoti lęšiai, skirti sukoncentruoti radiaciją į saulės elementus. Esant skaidriam orui, tai padidina efektyvumą. Tačiau esant didelei debesų dangai, šie lęšiai tik kenkia.

Jei tokioje situacijoje įprastas skydelis ir toliau generuoja srovę, nors ir mažesniais kiekiais, objektyvo modelis beveik visiškai nustos veikti.

Idealiu atveju saulė iš saulės baterijos turėtų būti apšviesta tolygiai. Jei paaiškėja, kad viena iš jos sekcijų yra patamsėjusi, neapšviestas PEC virsta parazitine apkrova. Jie ne tik šioje situacijoje negamina energijos, bet ir pasiima ją iš darbinių elementų.

Plokštės turi būti sumontuotos taip, kad saulės spindulių kelyje nebūtų medžių, pastatų ar kitų kliūčių.

Namo elektros schema nuo saulės

Saulės energijos sistemą sudaro:

1. Saulės skydai.
2. Valdiklis
3. Baterijos.
4. Inverteris (transformatorius).

Šios grandinės valdiklis apsaugo ir saulės baterijas, ir baterijas. Viena vertus, tai neleidžia atvirkštinėms srovėms tekėti naktį ir debesuotu oru, kita vertus, apsaugo baterijas nuo per didelio įkrovimo / išsikrovimo.

Saulės baterijų akumuliatoriai turėtų būti parinkti vienodo amžiaus ir talpos, nes kitaip įkrovimas / iškrovimas įvyks nevienodai, dėl ko smarkiai sumažės jų tarnavimo laikas.

Norint paversti 12, 24 arba 48 voltų nuolatinę srovę į kintamą 220 voltų įtampą inverteris. Automobilių akumuliatorių nerekomenduojama naudoti tokioje grandinėje, nes jie negali atlaikyti dažno įkrovimo. Geriausia išleisti pinigus ir įsigyti specialių helio AGM arba sugedusių OPzS baterijų.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Veikimo principai ir saulės baterijos ne per daug sudėtinga suprasti. Turėdami vaizdo įrašų medžiagą, kurią surinkome žemiau, bus dar lengviau suprasti visus saulės elementų veikimo ir montavimo įmantrumus.

Prieinama ir suprantama, kaip veikia fotoelektrinė saulės baterija, nurodant visas detales:

Kaip išdėstytos saulės baterijos, žiūrėkite šį vaizdo įrašą:

Saulės skydelio pasidaryk pats pasidaryk pats iš fotoelementų:

Kiekvienas elementas saulės energijos sistema kotedžas turi būti parinktas kompetentingai. Neišvengiami galios nuostoliai patiria akumuliatorius, transformatorius ir valdiklį. Ir jie turi būti sumažinti iki minimumo, kitaip pakankamai žemas saulės baterijų efektyvumas apskritai bus sumažintas iki nulio.

Tyrinėjant medžiagą kilo klausimų O gal žinote vertingos informacijos apie straipsnio temą ir galite ją pasakyti mūsų skaitytojams? Palikite komentarus žemiau esančiame laukelyje.