Prinsippet for drift av solbatteriet: hvordan solcellepanelet er ordnet og fungerer

Den effektive konverteringen av frie solstråler til energi som kan brukes til å drive hus og andre fasiliteter, er en verdsatt drøm for mange unnskyldere for grønn energi.

Men prinsippet om drift av solbatteriet, og dets effektivitet er slik at det ikke er behov for å snakke om den høye effektiviteten til slike systemer. Det ville være fint å ha din egen ekstra strømkilde. Er det ikke? Dessuten, til og med i dag, i Russland, med hjelp av solcellepaneler, forsynes et betydelig antall private husholdninger med "gratis" strøm. Du vet fremdeles ikke hvor du skal begynne?

Nedenfor vil vi fortelle deg om enheten og prinsippene for drift av solcellepanelet, du vil finne ut hva effektiviteten til solsystemet er avhengig av. Og videoene som er lagt ut i artikkelen vil bidra til å montere et solcellepanel fra fotoceller personlig.

Solcellepaneler: terminologi

I emnet "solenergi" er det mye nyanser og forvirring. Det er ofte vanskelig for nybegynnere å forstå alle ukjente vilkår med det første. Men uten dette er det urimelig å drive solenergi og skaffe utstyr for å generere "solstrøm".

Uvitende kan du ikke bare velge feil panel, men bare brenne det når du er tilkoblet eller trekke for lite energi ut av det.

Først må du forstå de eksisterende variantene av utstyr for solenergi. Solcellepaneler og solfangere er to fundamentalt forskjellige enheter. Begge to transformerer energien fra solstrålene.

I det første tilfellet mottar imidlertid forbrukeren elektrisk energi ved utløpet, og i det andre tilfellet den termiske energien i form av et oppvarmet kjølevæske, dvs. solcellepaneler brukes til hjemmevarme.

Maksimal avkastning fra solcellepanelet kan bare oppnås ved å vite hvordan det fungerer, hvilke komponenter og komponenter det består av og hvordan det hele kobles riktig sammen

Den andre nyansen er begrepet "solenergibatteri" i seg selv. Ordet "batteri" refererer vanligvis til en slags energilagringsenhet. Eller en banal varmestraler kommer til hjernen. Når det gjelder solbatterier, er imidlertid situasjonen radikalt annerledes. De akkumulerer ikke noe i seg selv.

Solcellepanelet genererer en konstant elektrisk strøm. For å konvertere den til en variabel (brukt i hverdagen), må en omformer være til stede i kretsen

Solcellepaneler er utelukkende designet for generering av elektrisk strøm. Det akkumuleres på sin side for å forsyne huset med strøm om natten, når solen går ned over horisonten, allerede i batteriene som er til stede i tillegg til objektets strømforsyningsplan.

Batteriet her er underforstått i sammenheng med en viss kombinasjon av samme type komponenter samlet i en enkelt helhet. Faktisk er dette bare et panel med flere identiske fotoceller.

Den indre strukturen i solcellen

Etter hvert blir solcellepaneler billigere og mer effektive. Nå brukes de til å lade batterier i gatelys, smarttelefoner, elbiler, private hjem og satellitter i verdensrommet. Av disse begynte de til og med å bygge fullverdige solkraftverk (SES) med store volum av generasjon.

Solbatteriet består av mange fotoceller (fotovoltaiske omformere av fotovoltaiske celler) som konverterer energien til fotoner fra solen til elektrisitet

Hvert solbatteri er ordnet som en blokk med et niende antall moduler som kombineres i serie halvlederfotoceller. For å forstå prinsippene for driften av et slikt batteri, er det nødvendig å forstå driften av denne endelige lenken i solcellepanelet som er laget på grunnlag av halvledere.

Typer krystaller av fotoceller

Det er mange alternativer for solceller fra forskjellige kjemiske elementer. Imidlertid er de fleste av dem utvikling i begynnelsen. Foreløpig er det bare produsert paneler laget av silisiumbaserte solceller i industriell skala.

Halvledere av silisium brukes til fremstilling av solceller på grunn av deres lave kostnader, de kan ikke skryte av særlig høy effektivitet

En vanlig solcelle i et solcellepanel er en tynn plate av to silisiumlag, som hver har sine egne fysiske egenskaper. Dette er et klassisk halvleder-pn-kryss med elektronhullspar.

Når fotoner kommer inn i PEC mellom disse lagene i halvlederen på grunn av krystallens inhomogenitet, dannes en gate-foto-emf, noe som resulterer i en potensiell forskjell og en elektronstrøm.

Silisiumskiver av solceller er forskjellige i produksjonsteknologi for:

1. Monokrystallinske.
2. Polykrystallinsk.

De førstnevnte har en høyere effektivitet, men kostnadene for deres produksjon er høyere enn for sistnevnte. Eksternt kan ett alternativ fra et annet på solcellepanelet skilles ut etter form.

Enkeltkrystall PEC har en enhetlig struktur, de er laget i form av firkanter med kuttede hjørner. I kontrast har polykrystallinske elementer en strengt kvadratisk form.

Polykrystaller oppnås ved gradvis avkjøling av smeltet silisium. Denne metoden er ekstremt enkel, derfor er slike fotoceller også rimelige.

Men produktiviteten når det gjelder å generere strøm fra sollys overskrider de sjelden 15%. Dette skyldes "urenhet" av de oppnådde silisiumskiver og deres indre struktur. Her, jo renere er p-laget av silisium, jo ​​høyere er PEC-effekten fra det.

Renheten til enkeltkrystaller er i så måte mye høyere enn for polykrystallinske analoger. De er ikke laget av smeltet, men fra en kunstig dyrket hel silisiumkrystall. Den fotovoltaiske omstillingskoeffisienten for slike solceller når allerede 20-22%.

I en felles modul er individuelle fotoceller satt sammen på en aluminiumsramme, og for å beskytte dem ovenfra er de lukket med slitesterkt glass, noe som ikke forstyrrer sollys

Det øvre laget av solcelleplaten som vender mot solen er laget av samme silisium, men med tilsetning av fosfor. Det er sistnevnte som vil være kilden til overskytende elektroner i pn-koblingssystemet.

Et reelt gjennombrudd i bruken av solenergi var utviklingen av fleksible paneler med amorf fotovoltaisk silisium:

Prinsippet for solcellepanelet

Når sollys faller på en fotocelle, genereres ikke-elektroniske hull i par. Overskytende elektroner og "hull" overføres delvis gjennom pn-krysset fra ett halvlederlag til et annet.

Som et resultat vises spenning i den eksterne kretsen. I dette tilfellet dannes en positiv pol av strømkilden ved kontakten til p-laget, og en negativ pol ved n-laget.

Potensialforskjellen (spenningen) mellom kontaktene til fotocellen vises på grunn av en endring i antall "hull" og elektroner fra forskjellige sider av p-n-krysset som et resultat av bestråling av n-laget ved solstråler

Fotocellene koblet til en ekstern belastning i form av et batteri danner en ond sirkel med den. Som et resultat fungerer solcellepanelet som et slags hjul som elektroner "kjører" sammen med proteiner. Og det oppladbare batteriet får gradvis lading.

Standard silisiumfotovoltaiske celler er enkeltforbindelsesceller. Overføringen av elektronene inn i dem skjer bare gjennom et p-n-kryss med en sone for denne overgangen begrenset i fotonenergi.

Det vil si at hver slik fotocelle bare er i stand til å generere strøm fra et smalt spektrum av solstråling. All annen energi er bortkastet. Derfor er solcelleeffektiviteten så lav.

For å øke effektiviteten til solceller har silisium halvlederelementer for dem nylig blitt laget til flere kryss (kaskade). Det er allerede flere overganger i den nye FEP. Dessuten er hver av dem i denne kaskaden designet for sitt eget spekter av sollys.

Til slutt øker den totale effektiviteten av konvertering av fotoner til elektrisk strøm i slike fotoceller. Men prisen deres er mye høyere. Her enten fremstillingsvennlighet med lave kostnader og lav effektivitet, eller høyere avkastning kombinert med høye kostnader.

Solbatteriet kan fungere både om sommeren og vinteren (det trenger lys, ikke varme) - jo mindre sky og solen skinner lysere, jo mer vil solcellepanelet generere en elektrisk strøm

Under drift varmes fotocellen og hele batteriet gradvis opp. All energien som ikke gikk til generering av elektrisk strøm blir transformert til varme. Ofte stiger temperaturen på overflaten av heliopanelen til 50–55 ° С. Men jo høyere den er, desto mindre effektiv fungerer den solcellecellen.

Som et resultat genererer den samme modellen av et solbatteri mindre strøm i varmen enn i kaldt vær. Fotoceller viser maksimal effektivitet på en klar vinterdag. To faktorer påvirker dette - mye sol og naturlig avkjøling.

Dessuten, hvis det faller snø på panelet, vil det fortsette å generere strøm uansett. Dessuten har snøfnugg ikke engang tid til å legge seg på den, smeltet fra varmen fra oppvarmede fotoceller.

Solenergibatteri effektivitet

Én fotocelle til og med klokka 12 i klart vær gir ut ganske mye strøm, bare nok til at LED-lommelykten fungerer.

For å øke utgangseffekten blir flere solceller kombinert i en parallell krets for å øke likespenningen og i serie for å øke strømstyrken.

Effektiviteten til solcellepaneler avhenger av:

• lufttemperatur og selve batteriet;
• riktig valg av lastmotstand;
• forekomst av sollys;
• tilstedeværelse / fravær av antireflekterende belegg;
• kraften i en lysstrøm.

Jo lavere temperatur ute, desto mer effektive fungerer fotocellene og solbatteriet som helhet. Alt er enkelt her. Men med beregningen av lasten er situasjonen mer komplisert. Det bør velges basert på strømmen som genereres av panelet. Men verdien varierer avhengig av værfaktorer.

Heliopaneler produseres med en utgangsspenningsmultipel på 12 V - hvis 24 V må tilføres batteriet, må to paneler kobles parallelt til det

Det er problematisk å hele tiden overvåke parametrene til solbatteriet og manuelt justere driften. Det er bedre å bruke kontrollkontroll, som automatisk justerer innstillingene til selve solcellepanelet for å oppnå maksimal ytelse og optimale driftsformer fra det.

Den ideelle forekomstvinkelen av solstrålene på solcellen er rett. Når avviket er innenfor 30 grader fra vinkelrett, faller imidlertid effektiviteten til panelet bare rundt 5%. Men med en ytterligere økning i denne vinkelen, vil en økende andel solstråling reflekteres, og dermed redusere solcellens effektivitet.

Hvis batteriet kreves for å gi maksimalt energi om sommeren, bør det orienteres vinkelrett på Solens gjennomsnittsposisjon, som det opptar på dagene av jevnaldrende våren og høsten.

For Moskva-regionen er det omtrent 40–45 grader til horisonten. Hvis maksimalt er nødvendig om vinteren, bør panelet plasseres i en mer vertikal stilling.

Og en ting til - støv og skitt reduserer solcelleytelsen kraftig. Fotoner gjennom en så "skitten" barriere når ganske enkelt ikke dem, noe som betyr at det ikke er noe å konvertere til strøm. Paneler må vaskes regelmessig eller plasseres slik at støvet blir vasket av regnet på egen hånd.

Noen solceller har innebygde linser for å konsentrere stråling på solcellene. I klart vær fører dette til økt effektivitet. Imidlertid gjør linsene bare tungt med tungt skydekke.

Hvis et konvensjonelt panel i en slik situasjon fortsetter å generere strøm, om enn i mindre volum, vil linsemodellen slutte å fungere nesten fullstendig.

Helst bør solen fra et solcellebatteri lyses jevnt. Hvis en av delene viser seg å bli mørklagt, blir den uplyste PEC til en parasittbelastning. De produserer ikke bare i denne situasjonen energi, men tar den også fra arbeidselementene.

Panelene må installeres slik at det ikke er trær, bygninger eller andre hindringer i banen til solstrålene.

Husets kraft fra solen

Solenergisystemet inkluderer:

1. Solcellepaneler.
2. Controller.
3. batterier.
4. Omformer (transformator).

Kontrolleren i denne kretsen beskytter både solcellepaneler og batterier. På den ene siden forhindrer den omvendte strømmer fra å strømme om natten og i overskyet vær, og på den andre siden beskytter den batteriene mot overdreven ladning / utladning.

Batterier til solcellepaneler bør velges de samme i alder og kapasitet, ellers vil lading / utladning skje ujevnt, noe som vil føre til en kraftig nedgang i levetiden deres

For å transformere en likestrøm på 12, 24 eller 48 volt til vekslende 220 volt inverter. Bilbatterier anbefales ikke til bruk i en slik krets på grunn av manglende evne til å tåle hyppige ladinger. Det beste er å bruke penger og kjøpe spesielle helium AGM eller geléede OPzS-batterier.

Konklusjoner og nyttig video om emnet

Driftsprinsipper og solcellepaneler ikke for komplisert å forstå. Og med videomaterialet som er samlet inn av oss nedenfor, vil det være enda enklere å forstå alle vanskelighetene med å fungere og installere solcellepaneler.

Det er tilgjengelig og forståelig hvordan solcellebatteriet fungerer, i alle detaljer:

Hvordan solcellepaneler er ordnet, se følgende video:

DIY montering av et solcellepanel fra fotoceller:

Hvert element i solenergisystem hytta må velges kompetent. Uunngåelige strømtap oppstår på batterier, transformatorer og kontrolleren. Og de må reduseres til et minimum, ellers vil den tilstrekkelig lave effektiviteten til solcellepaneler generelt reduseres til null.

Under studiet av materialet var det spørsmål? Eller kjenner du verdifull informasjon om artikkelen og kan fortelle den til leserne våre? Legg igjen kommentarene i boksen nedenfor.