Princíp činnosti solárnej batérie: ako je solárny panel usporiadaný a ako funguje

Efektívna premena voľných lúčov slnka na energiu, ktorú je možné využiť na pohon bývania a ďalších zariadení, je cenným snom mnohých ospravedlňovateľov za zelenú energiu.

Princíp fungovania solárnej batérie a jej účinnosť sú však také, že o vysokej účinnosti takýchto systémov sa zatiaľ nehovorí. Bolo by pekné mať vlastný dodatočný zdroj elektriny. Je to tak? Okrem toho aj dnes v Rusku je pomocou solárnych panelov značná časť súkromných domácností úspešne zásobovaná „bezplatnou“ elektrinou. Stále nevieš, kde začať?

Ďalej vám povieme o zariadení a zásadách fungovania solárneho panelu, zistíte, na čom závisí účinnosť solárneho systému. A videá uverejnené v článku pomôžu osobne zostaviť solárny panel z fotobuniek.

Solárne panely: terminológia

V predmete „slnečná energia“ existuje veľa nuancií a zmätkov. Pre začiatočníkov je často ťažké najprv pochopiť všetky neznáme pojmy. Bez tohto je však zapojenie do solárnej energie, získanie vybavenia na výrobu „solárneho“ prúdu, neprimerané.

Nevedomo si môžete vybrať nielen nesprávny panel, ale jednoducho ho vypáliť pri pripojení alebo extrahovať z neho príliš málo energie.

Najprv musíte pochopiť existujúce druhy zariadení pre solárnu energiu. Solárne panely a solárne kolektory sú dve zásadne odlišné zariadenia. Obidve transformujú energiu slnečných lúčov.

V prvom prípade však spotrebiteľ dostáva elektrickú energiu na výstupe a v druhom prípade tepelnú energiu vo forme zahrievaného chladiva, t.j. pre ktoré sa používajú solárne panely domáce kúrenie.

Maximálny výnos zo solárneho panela je možné získať len tým, že vieme, ako to funguje, z ktorých komponentov a komponentov sa skladá a ako sa všetky správne pripájajú.

Druhou nuanciou je samotný pojem „solárna batéria“. Slovo „batéria“ sa zvyčajne vzťahuje na určitý druh zariadenia na uchovávanie energie. Alebo príde na myseľ banálny radiátor. V prípade solárnych batérií sa však situácia radikálne líši. Nezhromažďujú sa samy osebe.

Solárny panel generuje konštantný elektrický prúd. Na jeho premenu na premennú (ktorá sa používa v každodennom živote) musí byť v obvode striedač

Solárne panely sú určené výlučne na výrobu elektrického prúdu. Na druhej strane sa akumuluje, aby v noci zásobovala dom elektrinou, keď slnko klesá nad obzor, už v batériách prítomných okrem schémy napájania objektu.

Batéria je tu naznačená v kontexte určitej kombinácie rovnakého typu komponentov zostavených do jedného celku. V skutočnosti je to iba panel niekoľkých rovnakých fotobuniek.

Vnútorná štruktúra solárneho článku

Solárne panely sa postupne stávajú lacnejšie a efektívnejšie. Teraz sa používajú na nabíjanie batérií v pouličných lampách, smartfónoch, elektrických automobiloch, súkromných domoch a satelitoch vo vesmíre. Z nich dokonca začali stavať plnohodnotné solárne elektrárne (SES) s veľkým objemom výroby.

Solárna batéria sa skladá z mnohých fotobuniek (fotovoltaické konvertory fotovoltaických článkov), ktoré premieňajú energiu fotónov zo slnka na elektrickú energiu

Každá solárna batéria je usporiadaná ako blok deviateho počtu modulov, ktoré kombinujú sériové polovodičové fotobunky. Aby sme porozumeli princípom činnosti takejto batérie, je potrebné pochopiť fungovanie tohto posledného článku v zariadení solárneho panelu vytvorenom na základe polovodičov.

Druhy kryštálov fotobuniek

Pre solárne články z rôznych chemických prvkov existuje veľa možností. Väčšina z nich je však v počiatočných fázach vývoja. Doteraz sa v priemyselnom meradle vyrábajú iba panely vyrobené zo solárnych článkov na báze kremíka.

Kremíkové polovodiče sa používajú pri výrobe solárnych článkov z dôvodu ich nízkych nákladov, nemôžu sa pochváliť obzvlášť vysokou účinnosťou

Bežným solárnym článkom v solárnom paneli je tenká doska z dvoch kremíkových vrstiev, z ktorých každá má svoje fyzikálne vlastnosti. Jedná sa o klasický polovodičový spoj pn s pármi elektrónových otvorov.

Keď fotóny zasiahnu PEC medzi týmito vrstvami polovodiča v dôsledku nehomogenity kryštálu, vytvorí sa hradlový foto-emf, čo má za následok potenciálny rozdiel a elektrónový prúd.

Kremíkové doštičky solárnych článkov sa líšia technológiou výroby:

1. Monokryštalický.
2. Polykryštalické.

Prvé výrobky majú vyššiu účinnosť, ale náklady na ich výrobu sú vyššie ako náklady na výrobu. Externe je možné na solárnom paneli rozlíšiť jednu z možností.

Monokryštalické PEC majú jednotnú štruktúru, vyrábajú sa vo forme štvorcov s vyrezanými rohmi. Naopak, polykryštalické prvky majú striktne štvorcový tvar.

Polykryštály sa získavajú postupným ochladením roztaveného kremíka. Táto metóda je veľmi jednoduchá, preto sú také fotobunky tiež lacné.

Produktivita z hľadiska výroby elektriny zo slnečného žiarenia však zriedka prekračuje 15%. Je to spôsobené „nečistotou“ získaných kremíkových doštičiek a ich vnútornou štruktúrou. Čím čistejší je p-vrstva kremíka, tým vyššia je účinnosť PEC.

Čistota monokryštálov je v tomto ohľade omnoho vyššia ako čistota polykryštalických analógov. Nie sú vyrobené z roztaveného materiálu, ale z umelo vypestovaného celého kremíka. Faktor fotovoltaickej konverzie pre tieto solárne články už dosahuje 20 - 22%.

V spoločnom module sú jednotlivé fotobunky namontované na hliníkovom ráme a na ich ochranu zhora sú uzatvorené odolným sklom, ktoré vôbec nezasahuje do slnečného žiarenia.

Horná vrstva dosky solárnych článkov obrátená proti slnku je vyrobená z toho istého kremíka, ale s pridaním fosforu. Je to posledný, ktorý bude zdrojom prebytku elektrónov v spojovacom systéme pn.

Skutočným prielomom vo využívaní slnečnej energie bol vývoj flexibilných panelov s amorfným fotovoltaickým kremíkom:

Princíp solárneho panelu

Keď slnečné svetlo dopadne na fotobunku, generujú sa v nej párne elektrónky s nevyváženou rovnováhou. Prebytočné elektróny a „diery“ sa čiastočne prenášajú cez spojenie pn z jednej polovodičovej vrstvy do druhej.

V dôsledku toho sa vo vonkajšom obvode objaví napätie. V tomto prípade je kladný pól zdroja prúdu vytvorený pri kontakte p-vrstvy a záporný pól na n-vrstve.

Potenciálny rozdiel (napätie) medzi kontaktmi fotobunky sa objavuje v dôsledku zmeny počtu „dier“ a elektrónov z rôznych strán spojenia p-n v dôsledku ožiarenia n-vrstvy slnečnými lúčmi.

Svetelné závory spojené s vonkajšou záťažou vo forme batérie tvoria bludný kruh. Výsledkom je, že solárny panel funguje ako druh kolesa, po ktorom elektróny „bežia“ spolu s proteínmi. Nabíjateľná batéria sa postupne nabíja.

Štandardné kremíkové fotovoltaické články sú jednoduché spojovacie články. K prenosu elektrónov do nich dochádza iba prostredníctvom jedného spojenia p-n so zónou tohto prechodu obmedzenou fotónovou energiou.

To znamená, že každá takáto fotobunka je schopná vyrábať elektrinu iba z úzkeho spektra slnečného žiarenia. Všetka iná energia je zbytočná. Preto je účinnosť solárnych článkov tak nízka.

Aby sa zvýšila účinnosť solárnych článkov, nedávno boli pre tieto kremíkové polovodičové prvky vyrobené multikrižovacie kaskády. V novom RVP už existuje niekoľko prechodov. Každá z nich v tejto kaskáde je navyše navrhnutá pre svoje vlastné spektrum slnečného žiarenia.

Celková účinnosť premeny fotónov na elektrický prúd v takýchto fotobunkách sa nakoniec zvyšuje. Ale ich cena je oveľa vyššia. Tu je to buď ľahká výroba s nízkymi nákladmi a nízkou účinnosťou, alebo vyššie výnosy spojené s vysokými nákladmi.

Solárna batéria môže fungovať v lete aj v zime (vyžaduje svetlo, nie teplo) - čím menej zákalu a slnko svieti jasnejšie, tým viac bude solárny panel generovať elektrický prúd

Počas prevádzky sa fotobunka a celá batéria postupne zahrievajú. Všetka energia, ktorá nešla na výrobu elektrického prúdu, sa mení na teplo. Teplota povrchu heliopanelu často stúpa na 50 - 55 ° C. Čím je vyššia, tým je fotovoltaický článok efektívny.

Výsledkom je, že rovnaký model solárnej batérie generuje v prúde menej tepla ako v chladnom počasí. Fotočlánky vykazujú maximálnu účinnosť za jasného zimného dňa. Ovplyvňujú to dva faktory - veľa slnka a prirodzené chladenie.

Navyše, ak na panel padne sneh, bude aj naďalej vyrábať elektrinu. Snehové vločky navyše na to ani nemajú čas ľahnúť si, roztavené z tepla zahrievaných fotobuniek.

Účinnosť solárnej batérie

Jedna fotobunka aj v poludnie za jasného počasia vydáva dosť elektriny, len na to, aby LED svietidlo fungovalo.

Na zvýšenie výstupného výkonu sa kombinuje niekoľko solárnych článkov v paralelnom obvode na zvýšenie jednosmerného napätia a do série na zvýšenie prúdovej sily.

Účinnosť solárnych panelov závisí od:

• teplota vzduchu a samotná batéria;
• správny výber odolnosti proti zaťaženiu;
• uhol dopadu slnečného svetla;
• prítomnosť / neprítomnosť antireflexného povlaku;
• výkon svetelného toku.

Čím nižšia je vonkajšia teplota, tým účinnejšie sú fotobunky a solárna batéria ako celok. Tu je všetko jednoduché. Ale s výpočtom zaťaženia je situácia komplikovanejšia. Mal by sa vybrať na základe prúdu generovaného panelom. Jeho hodnota sa však líši v závislosti od faktorov počasia.

Solárne panely sú k dispozícii s výstupným napätím, ktoré je násobkom 12 V - ak je pre batériu potrebné 24 V, potom k nej budú musieť byť paralelne pripojené dva panely.

Je problematické neustále sledovať parametre solárnej batérie a ručne upravovať jej fungovanie. Je lepšie používať riadiaci regulátor, ktoré automaticky upravuje nastavenia samotného solárneho panela, aby sa z neho dosiahol maximálny výkon a optimálne prevádzkové režimy.

Ideálny uhol dopadu slnečných lúčov na slnečný článok je rovný. Ak je však odchýlka do 30 stupňov od kolmice, účinnosť panelu klesá iba okolo 5%. Pri ďalšom náraste tohto uhla sa však bude odrážať zvyšujúci sa podiel slnečného žiarenia, čím sa zníži účinnosť solárnych článkov.

Ak je potrebné, aby batéria poskytla v lete maximum energie, mala by byť orientovaná kolmo na priemernú polohu Slnka, ktorú zaujíma v dňoch rovnodennosti na jar a na jeseň.

Pre oblasť Moskvy je to približne 40 - 45 stupňov k obzoru. Ak je maximum potrebné v zime, panel by mal byť umiestnený vo zvislejšej polohe.

A ešte jedna vec - prach a nečistoty výrazne znižujú výkon solárnych článkov. Fotóny cez takúto „špinavú“ bariéru ich jednoducho nedosahujú, čo znamená, že nie je čo premieňať na elektrinu. Panely sa musia pravidelne umývať alebo umiestňovať tak, aby sa prach sám opláchol dažďom.

Niektoré solárne články majú vstavané šošovky na koncentrovanie žiarenia na solárne články. Za jasného počasia to vedie k zvýšenej účinnosti. Pri silnom oblačnosti však tieto šošovky iba poškodia.

Ak konvenčný panel v takejto situácii bude naďalej generovať prúd, aj keď v menších objemoch, model šošovky prestane fungovať takmer úplne.

V ideálnom prípade by slnko zo solárnych článkov malo byť rovnomerne osvetlené. Ak sa ukáže, že jedna z jej častí je stmavnutá, potom sa nesvietený PEC zmení na parazitickú záťaž. Nielen v tejto situácii neprodukujú energiu, ale tiež ju berú z pracovných prvkov.

Panely musia byť inštalované tak, aby v dráhe slnečných lúčov neboli žiadne stromy, budovy ani iné prekážky.

Schéma napájania domu od slnka

Solárny systém obsahuje:

1. Solárne panely.
2. Controller.
3. batérie.
4. Menič (transformátor).

Regulátor v tomto obvode chráni solárne panely aj batérie. Na jednej strane zabraňuje tečeniu spätných prúdov v noci a za oblačného počasia a na druhej strane chráni batérie pred nadmerným nabíjaním / vybíjaním.

Batérie pre solárne panely by mali byť vybrané podľa veku a kapacity, inak dôjde k nerovnomernému nabíjaniu / vybíjaniu, čo povedie k výraznému zníženiu ich životnosti.

Na transformáciu jednosmerného prúdu 12, 24 alebo 48 voltov na striedavých 220 voltov menič, Autobatérie sa neodporúčajú používať v takomto obvode z dôvodu ich neschopnosti vydržať časté nabíjanie. Najlepšie je míňať peniaze a kupovať špeciálne hélium AGM alebo želé batérie OPzS.

Závery a užitočné video na túto tému

Prevádzkové princípy a solárne panely nie príliš zložité na to, aby sme tomu porozumeli. A s nižšie uvedenými video materiálmi bude ešte jednoduchšie pochopiť všetky komplikácie fungovania a inštalácie solárnych panelov.

Je prístupné a zrozumiteľné, ako fotovoltaická solárna batéria funguje, vo všetkých detailoch:

Ako sú usporiadané solárne panely, pozri nasledujúce video:

Montáž solárnych panelov z fotobuniek:

Každá položka v solárny systém chata musí byť vybraná kompetentne. Nevyhnutné straty energie sa vyskytujú na batériách, transformátoroch a kontroléri. A musia byť znížené na minimum, inak sa dostatočne nízka účinnosť solárnych panelov zníži na nulu všeobecne.

Pri štúdiu materiálu boli otázky? Alebo viete cenné informácie o téme článku a môžete ich povedať našim čitateľom? Svoje komentáre zanechajte v rámčeku nižšie.