Principen för drift av solbatteriet: hur solpanelen är anordnad och fungerar

Den effektiva omvandlingen av fria solstrålar till energi som kan användas för att driva bostäder och andra anläggningar är en omhuldad dröm för många ursäkter för grön energi.

Men principen om användning av solbatteriet och dess effektivitet är sådan att det inte finns något behov att prata om den höga effektiviteten i sådana system. Det skulle vara trevligt att ha en egen extra elkälla. Är det inte det? Även i Ryssland, med hjälp av solpaneler, levereras dessutom ett stort antal privata hushåll med "gratis" el. Du vet fortfarande inte var du ska börja?

Nedan berättar vi om enheten och principerna för drift av solpanelen, du kommer att ta reda på vad solsystemets effektivitet beror på. Och filmerna som publiceras i artikeln kommer att hjälpa till att personligen montera en solpanel från fotoceller.

Solpaneler: terminologi

När det gäller "solenergi" finns det många nyanser och förvirring. Det är ofta svårt för nybörjare att först förstå alla okända termer till en början. Men utan detta är det orimligt att engagera sig i solenergi, anskaffa utrustning för att generera "solström".

Omedvetet kan du inte bara välja fel panel, utan helt enkelt bränna den när du är ansluten eller ta ut för lite energi från den.

Först måste du förstå de befintliga sorterna av utrustning för solenergi. Solpaneler och solfångare är två grundläggande olika enheter. Båda transformerar energin från solens strålar.

I det första fallet får emellertid konsumenten elektrisk energi vid utloppet, och i det andra fallet den termiska energin i form av ett uppvärmt kylmedel, d.v.s. solpaneler används för hemvärme.

Den maximala avkastningen från solpanelen kan endast erhållas genom att veta hur den fungerar, vilka komponenter och komponenter den består av och hur det hela ansluts korrekt

Den andra nyansen är begreppet själva "solbatteri". Ordet "batteri" avser vanligtvis någon form av energilagringsenhet. Eller en banal uppvärmningsradiator kommer att tänka på. När det gäller solbatterier är situationen emellertid radikalt annorlunda. De samlar ingenting i sig själva.

Solpanelen genererar en konstant elektrisk ström. För att konvertera den till en variabel (används i vardagen) måste en omformare finnas i kretsen

Solpaneler är designade uteslutande för att generera elektrisk ström. Det ackumuleras i sin tur för att förse huset med elektricitet på natten, när solen går ner över horisonten, redan i de batterier som finns utöver objektets energiförsörjningssystem.

Batteriet här är underförstått i samband med en viss kombination av samma typ av komponenter monterade i en enda helhet. I själva verket är detta bara en panel med flera identiska fotoceller.

Solcellens inre struktur

Gradvis blir solpaneler billigare och effektivare. Nu används de för att ladda batterier i gatuljus, smartphones, elbilar, privata hem och satelliter i rymden. Av dessa började de till och med bygga fullvärdig solkraftverk (SES) med stora volymer av produktion.

Solbatteriet består av många fotoceller (fotovoltaiska omvandlare av fotovoltaiska celler) som omvandlar energin från fotoner från solen till elektricitet

Varje solbatteri är arrangerat som ett block av ett nionde antal moduler som kombinerar i serie halvledarfotoceller. För att förstå principerna för drift av ett sådant batteri, är det nödvändigt att förstå hur denna slutliga länk fungerar i solpanelanordningen skapad på basis av halvledare.

Typer av kristaller av fotoceller

Det finns många alternativ för solceller från olika kemiska element. De flesta av dem är emellertid utveckling i början. Hittills produceras för närvarande endast paneler tillverkade av kiselbaserade solceller i industriell skala.

Kiselhalvledare används vid tillverkning av solceller på grund av deras låga kostnader, de kan inte skryta med särskilt hög effektivitet

En vanlig solcell i en solpanel är en tunn platta med två kiselskikt, var och en har sina egna fysiska egenskaper. Detta är en klassisk halvledar-pn-övergång med elektronhål.

När fotoner träffar PEC mellan dessa lager av halvledaren på grund av kristallens inhomogenitet bildas en grindfoto-emf, vilket resulterar i en potentialskillnad och en elektronström.

Kiselskivor av solceller skiljer sig åt i tillverkningsteknologi för:

1. Monokristallina.
2. Polykristallin.

De förstnämnda har en högre effektivitet, men kostnaden för deras produktion är högre än den sistnämnda. Externt kan ett alternativ från ett annat på solpanelen skilja sig efter form.

Enkristall PEC har en enhetlig struktur, de är gjorda i form av rutor med skurna hörn. Däremot har polykristallina element en strikt kvadratisk form.

Polykristaller erhålls genom gradvis kylning av smält kisel. Denna metod är extremt enkel, därför är sådana fotoceller också billiga.

Men produktiviteten när det gäller att generera el från solljus överstiger de sällan 15%. Detta beror på "föroreningen" hos de erhållna kiselskivorna och deras inre struktur. Här, desto renare p-skikt av kisel, desto högre är PEC: s effektivitet från det.

Renheten för enstaka kristaller i detta avseende är mycket högre än för polykristallina analoger. De är tillverkade inte av smält, utan av en konstgjord odlad hel kiselkristall. Den fotovoltaiska omvandlingskoefficienten för sådana solceller når redan 20-22%.

I en gemensam modul monteras enskilda fotoceller på en aluminiumram och för att skydda dem ovanifrån är de stängda med slitstarkt glas, vilket inte stör solskenet alls

Det övre lagret av solcellplattan som vetter mot solen är gjord av samma kisel, men med tillsats av fosfor. Det är det sistnämnda som kommer att vara källan till överskott av elektroner i pn-övergångssystemet.

Ett verkligt genombrott i användningen av solenergi var utvecklingen av flexibla paneler med amorf fotovoltaisk kisel:

Solpanelens princip

När solljuset faller på en fotocell alstras ingen elektroniska hålpar i den. Överskott av elektroner och "hål" överförs delvis genom pn-övergången från ett halvledarskikt till ett annat.

Som ett resultat visas spänning i den externa kretsen. I detta fall bildas en positiv pol hos den aktuella källan vid kontakt med p-skiktet och en negativ pol vid n-skiktet.

Potentialskillnaden (spänningen) mellan fotocellens kontakter verkar på grund av en förändring i antalet "hål" och elektroner från olika sidor av p-n-korsningen som ett resultat av bestrålning av n-skiktet med solstrålar

Fotocellerna anslutna till en extern belastning i form av ett batteri bildar en ond cirkel med den. Som ett resultat fungerar solpanelen som ett slags hjul längs vilket elektroner "kör" tillsammans med proteiner. Och det laddningsbara batteriet får gradvis laddning.

Vanliga kiselfotovoltaiska celler är enstaka kopplingsceller. Överföringen av elektroner till dem sker endast genom en p-n-övergång med en zon för denna övergång begränsad i fotonenergi.

Det vill säga varje sådan fotocell kan generera elektricitet endast från ett smalt spektrum av solstrålning. All annan energi slösas bort. Därför är solcells effektivitet så låg.

För att öka solcells effektivitet har kiselhalvledarelement för dem nyligen gjorts multikoppling (kaskad). Det finns redan flera övergångar i den nya FEP. Dessutom är var och en av dem i denna kaskad designad för sitt eget spektrum av solljus.

Den totala effektiviteten för omvandlingen av fotoner till elektrisk ström i sådana fotoceller ökar slutligen. Men deras pris är mycket högre. Här antingen enkel tillverkning med låg kostnad och låg effektivitet, eller högre avkastning i kombination med höga kostnader.

Solbatteriet kan fungera både på sommaren och på vintern (det behöver ljus, inte värme) - ju mindre molnighet och solen lyser ljusare, desto mer kommer solpanelen att generera en elektrisk ström

Under drift värms fotocellen och hela batteriet gradvis upp. All energi som inte gick till elströmmen omvandlas till värme. Ofta stiger temperaturen på ytan på heliopanelen till 50–55 ° С. Men ju högre den är, desto mindre effektiv fungerar den fotovoltaiska cellen.

Som ett resultat genererar samma modell av ett solbatteri mindre ström i värme än i kallt väder. Fotoceller visar maximal effektivitet på en klar vinterdag. Två faktorer påverkar detta - mycket sol och naturlig kylning.

Dessutom, om snö faller på panelen, kommer den att fortsätta att generera el ändå. Dessutom har snöflingor inte ens tid att ligga på den, smält från värmen från uppvärmda fotoceller.

Solbatteri effektivitet

En fotocell även vid middagstid i klart väder ger ut en hel del el, bara tillräckligt för att LED-ficklampan ska fungera.

För att öka uteffekten kombineras flera solceller i en parallellkrets för att öka likspänningen och i serie för att öka strömstyrkan.

Effektiviteten hos solpaneler beror på:

• lufttemperatur och själva batteriet;
• korrekt val av lastmotstånd;
• infallsvinkel för solljus;
• närvaro / frånvaro av antireflekterande beläggning;
• kraften i en ljus ström.

Ju lägre temperaturen ute, desto effektivare fungerar fotocellerna och solbatteriet som helhet. Allt är enkelt här. Men med beräkningen av lasten är situationen mer komplicerad. Det bör väljas baserat på strömmen som genereras av panelen. Men dess värde varierar beroende på väderfaktorer.

Heliopaneler tillverkas med en utgångsspänningsmultipel på 12 V - om 24 V måste levereras till batteriet måste två paneler anslutas parallellt till det

Det är problematiskt att ständigt övervaka parametrarna för solbatteriet och manuellt justera dess drift. Det är bättre att använda styrenhet, som automatiskt justerar inställningarna för själva solpanelen för att uppnå maximal prestanda och optimala driftsätt från den.

Den ideala infallsvinkeln för solens strålar på solcellen är rak. Men när avvikelsen ligger inom 30 grader från vinkelrätten, faller panelens effektivitet endast cirka 5%. Men med en ytterligare ökning av denna vinkel kommer en ökande andel av solstrålning att reflekteras, och därmed minska solcellseffektiviteten.

Om batteriet krävs för att ge maximal energi på sommaren, bör det vara orienterat vinkelrätt mot solens genomsnittliga position, som den upptar på jämnjursdagarna på våren och hösten.

För Moskva-regionen är det cirka 40–45 grader till horisonten. Om det maximala krävs på vintern, ska panelen placeras i ett mer vertikalt läge.

Och en sak till - damm och smuts minskar kraftigt solcellsprestanda. Fotoner genom en sådan "smutsig" barriär når helt enkelt inte dem, vilket innebär att det inte finns något att konvertera till el. Panelerna måste tvättas regelbundet eller placeras så att dammet tvättas av regnet på egen hand.

Vissa solceller har inbyggda linser för att koncentrera strålning på solcellerna. Vid klart väder leder detta till ökad effektivitet. Men med tungt molntäcke gör dessa linser bara skada.

Om en konventionell panel i en sådan situation fortsätter att generera ström, om än i mindre volymer, kommer linsmodellen att sluta fungera nästan helt.

Helst bör solen från ett solcellbatteri lysas jämnt. Om en av dess sektioner visar sig bli mörkare, förvandlas den oplysta PEC till en parasitbelastning. De genererar inte bara i denna situation inte energi utan tar också den från arbetselementen.

Panelerna måste installeras så att det inte finns några träd, byggnader eller andra hinder i solstrålens väg.

Kraftsystem i huset från solen

Solenergisystemet inkluderar:

1. Solpaneler.
2. Controller.
3. batterier.
4. Inverter (transformator).

Styrenheten i denna krets skyddar både solpaneler och batterier. Å ena sidan förhindrar det att bakåtströmmar flödar på natten och i molnigt väder, och å andra sidan skyddar det batterier från överdriven laddning / urladdning.

Batterier för solpaneler bör väljas samma i ålder och kapacitet, annars kommer laddning / urladdning att ske ojämnt, vilket kommer att leda till en kraftig minskning av deras livslängd

För att omvandla en likström på 12, 24 eller 48 volt till växlande 220 volt behövs inverterare. Bilbatterier rekommenderas inte för användning i en sådan krets på grund av deras oförmåga att tåla ofta laddningar. Det är bäst att spendera pengar och köpa speciella helium AGM eller geléerade OPzS-batterier.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Driftsprinciper och solpaneler inte för komplicerat att förstå. Och med videomaterialet som samlas in av oss nedan, kommer det att bli ännu lättare att förstå alla komplikationerna kring funktion och installation av solpaneler.

Det är lättillgängligt och förståeligt hur solcellerna fungerar, i alla detaljer:

Hur solpaneler är ordnade, se följande video:

DIY-montering av en solpanel från fotoceller:

Varje artikel i solenergisystem stugan måste väljas kompetent. Oundvikliga effektförluster uppstår på batterier, transformatorer och styrenheten. Och de måste minskas till ett minimum, annars kommer den tillräckligt låga effektiviteten hos solpaneler att reduceras till noll i allmänhet.

Under studiet av materialet fanns det frågor? Eller känner du värdefull information om ämnet för artikeln och kan berätta det för våra läsare? Lämna dina kommentarer i rutan nedan.