Principiul funcționării bateriei solare: modul în care este aranjat și funcționează panoul solar

Conversia eficientă a razelor libere ale soarelui în energie care poate fi folosită pentru alimentarea locuințelor și a altor facilități este un vis apreciat al multor apologe pentru energia verde.

Dar principiul funcționării bateriei solare și eficiența acesteia sunt de așa natură încât nu este necesar să vorbim despre eficiența ridicată a unor astfel de sisteme. Ar fi bine să aveți propria sursă suplimentară de electricitate. Nu-i așa? Mai mult, chiar și astăzi în Rusia, cu ajutorul panourilor solare, un număr considerabil de gospodării private sunt furnizate cu succes cu energie electrică „gratuită”. Încă nu știi de unde să începi?

Mai jos vă vom spune despre dispozitiv și principiile de funcționare ale panoului solar, veți afla de ce depinde eficiența sistemului solar. Iar videoclipurile postate în articol vor ajuta la asamblarea personală a unui panou solar din fotocelule.

Panouri solare: terminologie

În subiectul „energiei solare” există o mulțime de nuanțe și confuzii. Adesea este dificil pentru începători să înțeleagă toți termenii necunoscuți la început. Însă fără aceasta, implicarea în energie solară, achiziționarea de echipamente pentru generarea curentului „solar” nu este rezonabilă.

În mod sigur, nu puteți alege doar panoul greșit, ci pur și simplu ardeți-l când este conectat sau extrageți prea puțină energie din el.

În primul rând, trebuie să înțelegeți varietățile existente de echipamente pentru energie solară. Panourile solare și colectoarele solare sunt două dispozitive fundamental diferite. Ambele transformă energia razelor soarelui.

Cu toate acestea, în primul caz, consumatorul primește energie electrică la ieșire, iar în al doilea caz, energia termică sub formă de lichid de răcire încălzit, adică. panourile solare sunt utilizate pentru încălzire la domiciliu.

Întoarcerea maximă de la panoul solar poate fi obținută doar știind cum funcționează, din ce componente și componente constă și cum se conectează toate acestea corect

A doua nuanță este însăși conceptul termenului „baterie solară”. De obicei, cuvântul "baterie" se referă la un fel de dispozitiv de stocare a energiei. Sau îmi vine în minte un calorifer banal de încălzire. Cu toate acestea, în cazul bateriilor solare, situația este radical diferită. Nu acumulează nimic în sine.

Panoul solar generează un curent electric constant. Pentru a o transforma într-o variabilă (folosită în viața de zi cu zi), un circuit trebuie să fie prezent în circuit

Panourile solare sunt proiectate exclusiv pentru generarea de curent electric. La rândul său, se acumulează pentru a furniza electricitate casei noaptea, când soarele coboară peste orizont, deja în bateriile prezente pe lângă schema de alimentare a obiectului.

Bateria de aici este implicată în contextul unei anumite combinații de același tip de componente asamblate într-un singur întreg. De fapt, acesta este doar un panou format din mai multe fotocelule identice.

Structura internă a celulei solare

Treptat, panourile solare devin mai ieftine și mai eficiente. Acum sunt folosite pentru a reîncărca bateriile în faruri, smartphone-uri, mașini electrice, case private și sateliți în spațiu. Dintre acestea, chiar au început să construiască centrale solare cu drepturi depline, cu volume mari de generare.

Bateria solară este formată din multe fotocelule (convertoare fotovoltaice ale celulelor fotovoltaice) care transformă energia fotonilor din soare în energie electrică

Fiecare baterie solară este aranjată ca un bloc al unui al șaptelea număr de module care se combină în fotocelule cu semiconductor în serie. Pentru a înțelege principiile de funcționare ale unei astfel de baterii, este necesar să înțelegeți funcționarea acestei legături finale în dispozitivul cu panou solar creat pe baza semiconductorilor.

Tipuri de cristale de fotocelule

Există o mulțime de opțiuni pentru celulele solare din diferite elemente chimice. Cu toate acestea, cele mai multe dintre ele sunt dezvoltate în etapele inițiale. Până în prezent, numai panouri din celule solare pe bază de siliciu sunt produse în prezent la scară industrială.

Semiconductorii de siliciu sunt folosiți la fabricarea celulelor solare din cauza costurilor reduse, nu se pot lăuda cu o eficiență deosebit de ridicată

O celulă solară comună dintr-un panou solar este o placă subțire formată din două straturi de siliciu, fiecare având propriile sale proprietăți fizice. Aceasta este o joncțiune pn semiconductor clasic cu perechi de electron-gaură.

Când fotonii intră în PEC între aceste straturi ale semiconductorului datorită neomogenității cristalului, se formează o poză-emf foto, rezultând o diferență de potențial și un curent de electroni.

Lutele de silicon ale celulelor solare diferă în tehnologia de fabricație pentru:

1. Monocristalin.
2. Policristalin.

Primele au o eficiență mai mare, dar costul producției lor este mai mare decât al celui de-al doilea. Extern, o opțiune de la alta pe panoul solar se poate distinge prin formă.

PEC-urile monocristale au o structură uniformă, sunt realizate sub formă de pătrate cu colțuri tăiate. În schimb, elementele policristaline au o formă strict pătrată.

Policristalele sunt obținute prin răcirea treptată a siliciului topit. Această metodă este extrem de simplă, prin urmare, astfel de fotocelule sunt de asemenea ieftine.

Dar productivitatea în ceea ce privește generarea de electricitate din lumina soarelui depășește rareori 15%. Acest lucru se datorează „impurității” napolitelor de siliciu obținute și structurii interne a acestora. Aici, cu cât stratul de siliciu este mai curat, cu atât este mai mare eficiența PEC din acesta.

Puritatea cristalelor unice în acest sens este mult mai mare decât cea a analogilor policristalini. Sunt fabricate nu din topit, ci dintr-un cristal de siliciu întreg cultivat artificial. Coeficientul de conversie fotovoltaică pentru astfel de celule solare atinge deja 20-22%.

Într-un modul comun, fotocelele individuale sunt asamblate pe un cadru de aluminiu, iar pentru a le proteja de sus, sunt închise cu un pahar puternic care nu interferează deloc cu lumina solară

Stratul superior al plăcii de celule solare orientate spre soare este realizat din același siliciu, dar cu adăugarea de fosfor. Acesta este ultimul care va fi sursa de exces de electroni în sistemul de joncțiune pn.

O adevărată descoperire în utilizarea energiei solare a fost dezvoltarea panourilor flexibile cu siliciu fotovoltaic amorf:

Principiul panoului solar

Când lumina soarelui cade pe o fotocelă, în ea se generează perechi electron-gaură fără echilibru. Excesul de electroni și „găuri” sunt transferați parțial prin joncțiunea pn de la un strat de semiconductor la altul.

Ca urmare, tensiunea apare în circuitul extern. În acest caz, la contactul stratului p se formează un pol pozitiv al sursei curente și un pol negativ la stratul n.

Diferența de potențial (tensiune) între contactele fotocelului apare datorită modificării numărului de „găuri” și electroni din diferite părți ale joncțiunii p-n, ca urmare a iradierii stratului n de razele solare.

Fotocelele conectate la o sarcină externă sub forma unei baterii formează un cerc vicios cu acesta. Drept urmare, panoul solar funcționează ca un fel de roată de-a lungul căreia electronii „circulă” împreună cu proteinele. Iar bateria reîncărcabilă câștigă treptat încărcarea.

Celulele fotovoltaice standard de siliciu sunt celule unice. Transferul electronilor în ei se realizează doar printr-o joncțiune p-n cu o zonă a acestei tranziții limitată în energia fotonului.

Adică, fiecare astfel de fotocelă este capabilă să genereze energie electrică doar dintr-un spectru restrâns de radiații solare. Toată cealaltă energie este irosită. Prin urmare, eficiența celulelor solare este atât de scăzută.

Pentru a crește eficiența celulelor solare, elemente semiconductor de siliciu pentru acestea au fost realizate recent cu mai multe joncțiuni (cascadă). Există deja mai multe tranziții în noul FEP. Mai mult, fiecare din această cascadă este proiectată pentru propriul spectru de lumină solară.

Eficiența totală a conversiei fotonilor în curent electric în astfel de fotocelule crește în cele din urmă. Dar prețul lor este mult mai mare. Aici, fie ușurința de fabricație cu costuri reduse și eficiență scăzută, fie rentabilități mai mari cuplate cu costuri ridicate.

Bateria solară poate funcționa atât vara, cât și iarna (are nevoie de lumină, nu de căldură) - cu cât este mai puțin tulbure și soarele strălucește, cu atât panoul solar va genera un curent electric

În timpul funcționării, fotocelulă și întreaga baterie se încălzește treptat. Toată energia care nu a mers la generarea curentului electric este transformată în căldură. Adesea temperatura de pe suprafața heliopanelului crește la 50-55 ° С. Dar cu cât este mai mare, cu atât celula fotovoltaică funcționează mai puțin.

Drept urmare, același model al unei baterii solare generează mai puțin curent în căldură decât pe vreme rece. Fotocelulele prezintă eficiență maximă într-o zi de iarnă clară. Doi factori afectează acest lucru - multă soare și răcire naturală.

Mai mult, dacă zăpada va cădea pe panou, va continua să genereze energie electrică. Mai mult, fulgii de zăpadă nici măcar nu au timp să se culce pe el, topiți din căldura fotocelelor încălzite.

Eficiența bateriei solare

O fotocelulă chiar și la prânz, pe vreme senină, oferă destul de multă energie electrică, suficient pentru ca lanterna LED să funcționeze.

Pentru a crește puterea de ieșire, mai multe celule solare sunt combinate într-un circuit paralel pentru a crește tensiunea continuă și în serie pentru a crește rezistența curentă.

Eficiența panourilor solare depinde de:

• temperatura aerului și bateria în sine;
• selectarea corectă a rezistenței la sarcină;
• unghiul de incidență a luminii solare;
• prezența / absența acoperirii anti-reflectoare;
• puterea unui flux de lumină.

Cu cât temperatura este mai scăzută în exterior, cu atât fotocelele și bateria solară sunt mai eficiente în ansamblu. Totul este simplu aici. Dar, odată cu calcularea sarcinii, situația este mai complicată. Ar trebui selectat pe baza curentului generat de panou. Dar valoarea sa variază în funcție de factorii meteo.

Heliopanelele sunt fabricate cu o tensiune de ieșire multiplă de 12 V - dacă 24 V trebuie să fie furnizate bateriei, atunci două panouri vor trebui conectate la acesta în paralel

Este problematic să monitorizați în mod constant parametrii bateriei solare și să reglați manual funcționarea acesteia. Este mai bine să folosești controler de control, care ajustează automat setările panoului solar în sine pentru a obține performanțe maxime și moduri de operare optime din acesta.

Unghiul ideal de incidență al razelor solare asupra celulei solare este drept. Cu toate acestea, atunci când abaterea este la 30 de grade față de perpendicular, eficiența panoului scade doar în jurul valorii de 5%. Dar, cu o creștere suplimentară a acestui unghi, se va reflecta o proporție din ce în ce mai mare de radiații solare, reducând astfel eficiența celulelor solare.

Dacă bateria trebuie să ofere energie maximă vara, atunci ar trebui să fie orientată perpendicular pe poziția medie a Soarelui, pe care o ocupă în zilele echinocțiului primăvara și toamna.

Pentru regiunea Moscovei, aceasta este de aproximativ 40-45 de grade până la orizont. Dacă este necesar maxim pe timp de iarnă, panoul ar trebui să fie plasat într-o poziție mai verticală.

Și încă un lucru - praful și murdăria reduc foarte mult performanța celulelor solare. Fotonii printr-o astfel de barieră „murdară” pur și simplu nu le ating, ceea ce înseamnă că nu există nimic care să se transforme în electricitate. Panourile trebuie spălate regulat sau așezate astfel încât praful să fie spălat de ploaie singur.

Unele celule solare au lentile încorporate pentru a concentra radiațiile pe celulele solare. Pe vreme senină, acest lucru duce la creșterea eficienței. Cu toate acestea, cu capac de nor puternic, aceste lentile nu fac decât să facă rău.

Dacă un panou convențional într-o astfel de situație continuă să genereze curent, deși în volume mai mici, modelul obiectivului va înceta să funcționeze aproape complet.

În mod ideal, soarele dintr-o baterie de celule solare ar trebui să fie iluminat uniform. Dacă una dintre secțiunile sale se dovedește întunecată, PEC-ul neapărat se transformă într-o sarcină parazitară. Ei nu numai că în această situație nu generează energie, ci o iau și din elementele de lucru.

Panourile trebuie instalate astfel încât să nu existe copaci, clădiri sau alte obstacole în calea razelor solare.

Schema de putere a casei de la soare

Sistemul de energie solară include:

1. Panouri solare.
2. Controller.
3. Baterii.
4. Inverter (transformator).

Controlerul din acest circuit protejează atât panourile solare, cât și bateriile. Pe de o parte, previne curgerea inversă a curentilor noaptea și pe vreme înnorată, iar pe de altă parte, protejează bateriile de încărcare / descărcare excesivă.

Bateriile pentru panouri solare ar trebui să fie selectate la fel ca vârstă și capacitate, în caz contrar, încărcarea / descărcarea va avea loc în mod neuniform, ceea ce va duce la o scădere accentuată a duratei lor de funcționare

Pentru a transforma un curent continuu de 12, 24 sau 48 de volți în alternativă de 220 de volți necesară invertor. Bateriile auto nu sunt recomandate pentru utilizarea într-un astfel de circuit din cauza incapacității lor de a rezista la reîncărcări frecvente. Cel mai bine este să cheltuiți bani și să achiziționați baterii speciale de heliu AGM sau baterii OPzS gelifiate.

Concluzii și video util pe această temă

Principii de funcționare și panouri solare nu prea complicat de înțeles. Și cu materialele video colectate de noi mai jos, va fi și mai ușor să înțelegeți toate complexitatea funcționării și instalării panourilor solare.

Este accesibil și de înțeles cum funcționează bateria solară fotovoltaică, în toate detaliile:

Cum sunt aranjate panourile solare, consultați următorul videoclip:

Asamblare DIY a unui panou solar din fotocelule:

Fiecare articol din sistem de energie solara cabana trebuie selectată în mod competent. Pierderile de putere inevitabile apar pe baterii, transformatoare și controler. Și acestea trebuie reduse la minimum, altfel eficiența suficient de scăzută a panourilor solare va fi redusă la zero în general.

În timpul studiului materialului au existat întrebări? Sau știți informații valoroase pe tema articolului și le puteți spune cititorilor noștri? Vă rugăm să lăsați comentariile dvs. în caseta de mai jos.