Güneş pilinin çalışma prensibi: güneş paneli nasıl düzenlenir ve çalışır

Güneşin serbest ışınlarının, konut ve diğer tesislere güç sağlamak için kullanılabilecek enerjiye etkili bir şekilde dönüştürülmesi, yeşil enerji için birçok özürcü için çok değerli bir rüyadır.

Ancak güneş pilinin çalışma prensibi ve verimliliği, bu tür sistemlerin yüksek verimliliği hakkında konuşmaya gerek kalmayacak şekildedir. Kendi ek elektrik kaynağına sahip olmak güzel olurdu. Öyle değil mi? Dahası, bugün Rusya'da bile, güneş panelleri yardımıyla, önemli sayıda özel hane başarıyla “serbest” elektrikle beslenmektedir. Hala nereden başlayacağınızı bilmiyor musunuz?

Aşağıda cihazı ve güneş panelinin çalışma prensiplerini anlatacağız, güneş sisteminin verimliliğinin neye bağlı olduğunu öğreneceksiniz. Ve makalede yayınlanan videolar, fotosellerden kişisel olarak bir güneş paneli monte edilmesine yardımcı olacaktır.

Güneş panelleri: terminoloji

"Güneş enerjisi" konusunda çok fazla nüans ve karışıklık var. Yeni başlayanlar için ilk başta tüm bilinmeyen terimleri anlamak genellikle zordur. Ancak bu olmadan, güneş enerjisine katılmak, “güneş” akımı üretmek için ekipman satın almak mantıksızdır.

Bilmeden, sadece yanlış paneli seçmekle kalmaz, aynı zamanda bağlandığında yanabilir veya ondan çok az enerji çıkarabilirsiniz.

İlk önce güneş enerjisi için mevcut ekipman çeşitlerini anlamanız gerekir. Güneş panelleri ve güneş kolektörleri temelde farklı iki cihazdır. Her ikisi de güneş ışınlarının enerjisini dönüştürür.

Bununla birlikte, ilk durumda, tüketici çıkışta elektrik enerjisi alır ve ikinci durumda ısıtılmış bir soğutucu, yani ısı enerjisi şeklinde termal enerji alır. güneş panelleri için kullanılır ev ısıtma.

Güneş panelinden maksimum getiri sadece nasıl çalıştığını, hangi bileşenlerden ve bileşenlerden oluştuğunu ve hepsinin nasıl doğru bağlandığını bilerek elde edilebilir.

İkinci nüans “güneş pili” kavramının kendisidir. Tipik olarak, "pil" kelimesi bir tür enerji depolama cihazını ifade eder. Ya da banal bir ısıtma radyatörü akla geliyor. Ancak, güneş pilleri söz konusu olduğunda durum kökten farklıdır. Kendi içlerinde hiçbir şey biriktirmezler.

Güneş paneli sabit bir elektrik akımı üretir. Bir değişkene dönüştürmek için (günlük hayatta kullanılır), devrede bir invertör bulunmalıdır

Güneş panelleri sadece elektrik akımı üretmek için tasarlanmıştır. Buna karşılık, güneş ufukta battığında, nesnenin güç kaynağı şemasına ek olarak mevcut pillerde gece eve elektrik sağlamak için birikir.

Buradaki pil, tek bir bütün halinde birleştirilen aynı tip bileşenlerin belirli bir kombinasyonu bağlamında ima edilir. Aslında, bu sadece birkaç özdeş fotosellerin bir paneli.

Güneş pilinin iç yapısı

Yavaş yavaş, güneş panelleri daha ucuz ve daha verimli hale geliyor. Artık sokak lambaları, akıllı telefonlar, elektrikli arabalar, özel evler ve uzaydaki uydulardaki pilleri şarj etmek için kullanılıyorlar. Bunlardan, büyük miktarda üretim ile tam teşekküllü güneş enerjisi santralleri (SES) inşa etmeye bile başladılar.

Güneş pili, fotonların enerjisini güneşten elektriğe dönüştüren birçok fotoselden (fotovoltaik hücrelerin fotovoltaik dönüştürücüler) oluşur

Her bir güneş pili, seri yarı iletken fotosellerde bir araya gelen n. Sayıdaki modüllerin bloğu olarak düzenlenmiştir. Böyle bir pilin çalışma prensiplerini anlamak için, bu son bağlantının yarı iletkenler temelinde oluşturulan güneş paneli cihazındaki çalışmasını anlamak gerekir.

Fotosellerin kristal çeşitleri

Farklı kimyasal elementlerden güneş pilleri için birçok seçenek var. Bununla birlikte, çoğu ilk aşamalarda gelişmedir. Şimdiye kadar, yalnızca silikon bazlı güneş pillerinden yapılmış paneller şu anda endüstriyel ölçekte üretilmektedir.

Silikon yarı iletkenler düşük maliyetlerinden dolayı güneş pillerinin üretiminde kullanılır, özellikle yüksek verimlilikle övünemezler

Bir güneş panelindeki ortak bir güneş pili, her biri kendi fiziksel özelliklerine sahip iki silikon katmandan oluşan ince bir plakadır. Bu, elektron deliği çiftleri ile klasik bir yarı iletken pn birleşimidir.

Fotonlar, kristalin homojen olmayışı nedeniyle yarı iletkenin bu katmanları arasındaki PEC'ye çarptığında, potansiyel bir fark ve bir elektron akımı ile sonuçlanan bir kapı foto-emf oluşur.

Güneş pillerinin silikon gofretleri aşağıdakiler için üretim teknolojisinde farklılık gösterir:

1. Monokristalin.
2. Çok kristalli.

Birincisi daha yüksek bir verime sahiptir, ancak üretim maliyetleri ikincisinin maliyetinden daha yüksektir. Dışarıdan, güneş panelindeki bir diğerinden bir seçenek şekil ile ayırt edilebilir.

Tek kristal PEC'ler tek tip bir yapıya sahiptir; köşeleri kesik kareler şeklinde yapılırlar. Buna karşılık, polikristalin elemanlar kesinlikle kare bir şekle sahiptir.

Polikristaller, erimiş silikonun yavaş yavaş soğutulmasıyla elde edilir. Bu yöntem son derece basittir, bu nedenle bu tür fotoseller de ucuzdur.

Ancak güneş ışığından elektrik üretme açısından verimlilik nadiren% 15'i aşmaktadır. Bu, elde edilen silikon gofretlerin “safsızlığı” ve iç yapılarından kaynaklanmaktadır. Burada, silikonun p-katmanı ne kadar temiz olursa, PEC'in bundan daha yüksek verimi o kadar yüksek olur.

Bu bakımdan tekli kristallerin saflığı, polikristalin analoglarından çok daha yüksektir. Erimiş değil, yapay olarak yetiştirilmiş bütün bir silikon kristalinden yapılırlar. Bu tür güneş pilleri için fotovoltaik dönüşüm katsayısı zaten% 20-22'ye ulaşmaktadır.

Ortak bir modülde, bireysel fotoseller alüminyum bir çerçeveye monte edilir ve bunları yukarıdan korumak için, güneş ışığına hiç müdahale etmeyen dayanıklı camla kapatılır.

Güneş pili plakasının güneşe bakan üst tabakası aynı silikondan, ancak fosfor ilavesi ile yapılır. İkincisi, pn bağlantı sistemindeki aşırı elektronların kaynağı olacaktır.

Güneş enerjisi kullanımında gerçek bir atılım, amorf fotovoltaik silikonlu esnek panellerin geliştirilmesiydi:

Güneş paneli prensibi

Güneş ışığı bir fotoselin üzerine düştüğünde, içinde dengelenmeyen elektron deliği çiftleri oluşur. Fazla elektronlar ve "delikler" kısmen pn bağlantı noktasından bir yarı iletken katmandan diğerine aktarılır.

Sonuç olarak, harici devrede voltaj görünür. Bu durumda, p-tabakasının temasında akım kaynağının pozitif bir kutbu ve n-tabakasında negatif bir kutup oluşur.

Fotoselin kontakları arasındaki potansiyel farkı (voltaj), n-tabakasının güneş ışınlarıyla ışınlanması sonucu “delikler” ve p-n birleşiminin farklı taraflarındaki elektron sayısındaki bir değişiklik nedeniyle ortaya çıkar.

Bir pil şeklinde harici bir yüke bağlı fotoseller, onunla bir kısır döngü oluşturur. Sonuç olarak, güneş paneli, elektronların proteinlerle birlikte “geçtiği” bir tür tekerlek gibi çalışır. Ve şarj edilebilir pil yavaş yavaş şarj oluyor.

Standart silikon fotovoltaik hücreler tek bağlantı hücreleridir. Elektronların bunlara transferi, bu geçişin bir foton enerjisiyle sınırlı bir bölgesi ile sadece bir p-n birleşiminden meydana gelir.

Yani, bu tür her bir fotosel, sadece dar bir güneş radyasyonu spektrumundan elektrik üretebilir. Diğer tüm enerji israf edilir. Bu nedenle, güneş pillerinin verimliliği çok düşüktür.

Güneş pillerinin verimliliğini arttırmak için, bunlar için silikon yarı iletken elemanlar son zamanlarda çok eklemli (kademeli) hale getirilmiştir. Yeni FEP'de zaten birkaç geçiş var. Dahası, bu çağlayandaki her biri kendi güneş ışığı spektrumu için tasarlanmıştır.

Bu fotosellerde fotonların elektrik akımına dönüşümünün toplam verimliliği nihayetinde artar. Ancak fiyatları çok daha yüksek. Burada, ya düşük maliyetli ve düşük verimli üretim kolaylığı ya da yüksek maliyetle birlikte daha yüksek getiri.

Güneş pili hem yaz hem de kış aylarında çalışabilir (ısıya değil, ışığa ihtiyaç duyar) - daha az bulutluluk ve güneş daha parlak parlar, güneş paneli daha fazla elektrik akımı üretir

Çalışma sırasında, fotosel ve tüm pil yavaş yavaş ısınır. Elektrik akımı üretimine gitmeyen tüm enerji ısıya dönüşür. Genellikle heliopanelin yüzeyindeki sıcaklık 50-55 ° C'ye yükselir. Ancak ne kadar yüksek olursa, fotovoltaik hücre daha az verimli çalışır.

Sonuç olarak, aynı güneş pili modeli, soğuk havada olduğundan daha az ısı üretir. Fotoseller, açık bir kış gününde maksimum verim gösterir. İki faktör bunu etkiler - çok fazla güneş ve doğal soğutma.

Ayrıca, panele kar düşerse yine de elektrik üretmeye devam edecektir. Dahası, kar taneleri, ısınan fotosellerin ısısından erimiş, üzerinde uzanacak zamana bile sahip değildir.

Güneş pili verimliliği

Açık havalarda öğlen saatlerinde bile bir fotosel, sadece LED el fenerinin çalışması için yeterli miktarda elektrik verir.

Çıkış gücünü artırmak için, DC voltajını arttırmak için paralel bir devrede ve akım gücünü arttırmak için seri olarak birkaç güneş pili birleştirilir.

Güneş panellerinin etkinliği aşağıdakilere bağlıdır:

• hava sıcaklığı ve pilin kendisi;
• yük direncinin doğru seçimi;
• güneş ışığının geliş açısı;
• yansıma önleyici kaplamanın varlığı / yokluğu;
• ışık akışı gücü.

Dışarıdaki sıcaklık ne kadar düşük olursa, fotoseller ve güneş pili bir bütün olarak daha verimli olur. Burada her şey basit. Ancak yükün hesaplanmasıyla durum daha karmaşıktır. Panel tarafından üretilen akıma göre seçilmelidir. Ancak değeri hava faktörlerine bağlı olarak değişir.

Heliopaneller 12 V'luk bir çıkış voltajı ile üretilir - aküye 24 V sağlanması gerekiyorsa, buna paralel olarak iki panelin bağlanması gerekir

Güneş pilinin parametrelerini sürekli izlemek ve çalışmasını manuel olarak ayarlamak sorunludur. Kullanmak daha iyidir kontrol kontrolörümaksimum performans ve optimum çalışma modları elde etmek için güneş panelinin ayarlarını otomatik olarak ayarlar.

Güneş pillerinin güneş pili üzerindeki ideal insidans açısı düzdür. Bununla birlikte, sapma dikeyden 30 derece arasında olduğunda, panelin verimliliği sadece% 5 civarındadır. Ancak bu açıda daha fazla bir artışla, artan güneş radyasyonu oranı yansıtılacak ve böylece güneş hücrelerinin verimliliği azalacaktır.

Pilin yaz aylarında maksimum enerji vermesi gerekiyorsa, ilkbahar ve sonbaharda ekinoks günlerinde kapladığı Güneş'in ortalama konumuna dik olarak yönlendirilmelidir.

Moskova bölgesi için, ufka yaklaşık 40-45 derecedir. Kışın maksimuma ihtiyaç duyulursa, panel daha dikey bir konuma yerleştirilmelidir.

Ve bir şey daha - toz ve kir, güneş hücrelerinin performansını büyük ölçüde azaltır. Böyle bir "kirli" bariyer yoluyla fotonlar onlara ulaşmaz, bu da elektriğe dönüşecek bir şey olmadığı anlamına gelir. Paneller düzenli olarak yıkanmalı veya toz yağmur tarafından kendi kendine yıkanacak şekilde yerleştirilmelidir.

Bazı güneş pillerinde radyasyonun güneş pilleri üzerinde yoğunlaşması için yerleşik lensler bulunur. Açık havalarda bu, verimliliğin artmasına neden olur. Bununla birlikte, ağır bulut örtüsü ile bu lensler sadece zarar verir.

Böyle bir durumda geleneksel bir panel, daha küçük hacimlerde de olsa akım üretmeye devam ederse, lens modeli neredeyse tamamen çalışmayı durduracaktır.

İdeal olarak, bir güneş pili pilinden gelen güneş eşit bir şekilde aydınlatılmalıdır. Bölümlerinden birinin kararmış olduğu ortaya çıkarsa, ışıksız PEC parazitik bir yüke dönüşür. Sadece bu durumda enerji üretmezler, aynı zamanda onu çalışma elemanlarından da alırlar.

Paneller, güneş ışınlarının yolunda ağaçlar, binalar veya başka engeller olmayacak şekilde monte edilmelidir.

Evin güneşten güç düzeni

Güneş enerjisi sistemi şunları içerir:

1. Güneş panelleri.
2. Denetleyici.
3. Piller.
4. İnvertör (transformatör).

Bu devredeki kontrolör hem güneş panellerini hem de pilleri korur. Bir yandan, ters akımların gece ve bulutlu havalarda akmasını önlerken, diğer yandan pilleri aşırı şarj / deşarjdan korur.

Güneş panelleri için piller yaş ve kapasite bakımından aynı seçilmelidir, aksi takdirde şarj / deşarj düzensiz olarak gerçekleşir, bu da hizmet ömürlerinde keskin bir azalmaya yol açar.

12, 24 veya 48 Voltluk bir DC akımını gerekli 220 volt'a dönüştürmek için invertör. Araba akülerinin, sık sık şarj edilmelerine dayanamadıkları için böyle bir devrede kullanılması tavsiye edilmez. Para harcamak ve özel helyum AGM veya jöleli OPzS pil satın almak en iyisidir.

Konu hakkında sonuçlar ve faydalı video

Çalışma prensipleri ve güneş panelleri anlamak için çok karmaşık değil. Ve aşağıda tarafımızdan toplanan video materyalleri ile, güneş panellerinin işleyişinin ve kurulumunun tüm karmaşıklıklarını anlamak daha da kolay olacaktır.

Fotovoltaik güneş pilinin nasıl çalıştığı tüm detaylara erişilebilir ve anlaşılabilir:

Güneş panelleri nasıl düzenlenir, aşağıdaki videoya bakın:

Fotosellerden bir güneş panelinin DIY montajı:

İçindeki her öğe güneş enerjisi sistemi yazlık yetkin bir şekilde seçilmelidir. Akülerde, transformatörlerde ve kontrolörde kaçınılmaz güç kayıpları meydana gelir. Ve minimum seviyeye düşürülmelidir, aksi takdirde güneş panellerinin yeterince düşük verimliliği genel olarak sıfıra düşürülecektir.

Malzemenin incelenmesi sırasında sorular vardı Yoksa makalenin konusu hakkında değerli bilgiler biliyor musunuz ve bunu okuyucularımıza söyleyebilir misiniz? Lütfen yorumlarınızı aşağıdaki kutuya yazınız.