Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời: cách thức bố trí và hoạt động của bảng năng lượng mặt trời

Việc chuyển đổi hiệu quả các tia mặt trời tự do thành năng lượng có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho nhà ở và các cơ sở khác là giấc mơ ấp ủ của nhiều người xin lỗi về năng lượng xanh.

Nhưng nguyên lý hoạt động của pin mặt trời và hiệu quả của nó là không cần phải nói về hiệu quả cao của các hệ thống như vậy. Sẽ thật tuyệt nếu có thêm nguồn điện của riêng bạn. Phải không? Hơn nữa, ngay cả ngày nay ở Nga, với sự trợ giúp của các tấm pin mặt trời, một số lượng đáng kể các hộ gia đình tư nhân được cung cấp thành công với điện miễn phí. Bạn vẫn chưa biết bắt đầu từ đâu?

Dưới đây chúng tôi sẽ cho bạn biết về thiết bị và các nguyên tắc hoạt động của bảng điều khiển năng lượng mặt trời, bạn sẽ tìm hiểu hiệu quả của hệ mặt trời phụ thuộc vào. Và các video được đăng trong bài viết sẽ giúp cá nhân lắp ráp một tấm pin mặt trời từ máy photocopy.

Tấm pin mặt trời: thuật ngữ

Trong chủ đề "năng lượng mặt trời" có rất nhiều sắc thái và sự nhầm lẫn. Ban đầu thường rất khó để hiểu tất cả các thuật ngữ xa lạ lúc đầu. Nhưng không có điều này, tham gia vào năng lượng mặt trời, có được thiết bị để tạo ra dòng điện năng lượng mặt trời, là không hợp lý.

Vô tình, bạn không chỉ có thể chọn bảng điều khiển sai, mà chỉ cần ghi nó khi kết nối hoặc trích xuất quá ít năng lượng từ nó.

Trước tiên, bạn cần hiểu các loại thiết bị hiện có cho năng lượng mặt trời. Tấm pin mặt trời và bộ thu năng lượng mặt trời là hai thiết bị khác nhau về cơ bản. Cả hai đều biến đổi năng lượng của các tia mặt trời.

Tuy nhiên, trong trường hợp đầu tiên, người tiêu dùng nhận năng lượng điện ở đầu ra và trong trường hợp thứ hai, năng lượng nhiệt ở dạng chất làm mát được làm nóng, tức là tấm pin mặt trời được sử dụng cho sưởi ấm nhà.

Lợi nhuận tối đa từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời chỉ có thể đạt được bằng cách biết nó hoạt động như thế nào, bao gồm các thành phần và thành phần nào và làm thế nào tất cả kết nối chính xác

Sắc thái thứ hai là khái niệm về thuật ngữ chính pin Solar solar. Thông thường, từ "pin" dùng để chỉ một số loại thiết bị lưu trữ năng lượng. Hoặc một bộ tản nhiệt sưởi ấm banal đến với tâm trí. Tuy nhiên, trong trường hợp pin mặt trời, tình hình hoàn toàn khác. Họ không tích lũy bất cứ điều gì trong bản thân họ.

Bảng điều khiển năng lượng mặt trời tạo ra một dòng điện không đổi. Để chuyển đổi nó thành một biến (được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày), một biến tần phải có mặt trong mạch

Các tấm pin mặt trời được thiết kế dành riêng để tạo ra dòng điện. Đến lượt nó, nó tích lũy để cung cấp điện cho ngôi nhà vào ban đêm, khi mặt trời lặn trên đường chân trời, đã có sẵn trong pin cùng với sơ đồ cung cấp điện đối tượng.

Pin ở đây được ngụ ý trong bối cảnh của một sự kết hợp nhất định của cùng loại linh kiện được lắp ráp thành một tổng thể duy nhất. Trên thực tế, đây chỉ là một bảng điều khiển của một số bản sao giống hệt nhau.

Cấu trúc bên trong của pin mặt trời

Dần dần, các tấm pin mặt trời đang trở nên rẻ hơn và hiệu quả hơn. Bây giờ chúng được sử dụng để sạc pin trong đèn đường, điện thoại thông minh, xe điện, nhà riêng và trên các vệ tinh trong không gian. Họ thậm chí đã bắt đầu xây dựng các nhà máy năng lượng mặt trời đầy đủ (SES) với khối lượng phát điện lớn.

Pin mặt trời bao gồm nhiều tế bào quang điện (bộ biến đổi quang điện của tế bào quang điện) chuyển đổi năng lượng của photon từ mặt trời thành điện năng

Mỗi pin năng lượng mặt trời được sắp xếp thành một khối gồm một phần thứ chín các mô-đun kết hợp trong các tế bào quang bán dẫn nối tiếp. Để hiểu các nguyên tắc hoạt động của pin như vậy, cần phải hiểu hoạt động của liên kết cuối cùng này trong thiết bị pin mặt trời được tạo ra trên cơ sở chất bán dẫn.

Các loại tinh thể của tế bào quang điện

Có rất nhiều lựa chọn cho pin mặt trời từ các nguyên tố hóa học khác nhau. Tuy nhiên, hầu hết trong số họ đang phát triển trong giai đoạn đầu. Cho đến nay, chỉ có các tấm làm bằng pin mặt trời dựa trên silicon hiện đang được sản xuất ở quy mô công nghiệp.

Chất bán dẫn silicon được sử dụng trong sản xuất pin mặt trời vì chi phí thấp, chúng không thể tự hào về hiệu quả đặc biệt cao

Một pin mặt trời phổ biến trong một tấm pin mặt trời là một tấm mỏng gồm hai lớp silicon, mỗi lớp có đặc tính vật lý riêng. Đây là một điểm nối pn bán dẫn cổ điển với các cặp lỗ electron.

Khi các photon chạm vào PEC giữa các lớp bán dẫn này do tính không đồng nhất của tinh thể, một bức ảnh cổng được hình thành, dẫn đến sự khác biệt tiềm năng và dòng điện tử.

Tấm silicon của pin mặt trời khác nhau về công nghệ sản xuất cho:

1. Tinh thể đơn tinh thể.
2. Đa tinh thể.

Cái trước có hiệu quả cao hơn, nhưng chi phí sản xuất của họ cao hơn cái trước. Bên ngoài, một tùy chọn khác từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời có thể được phân biệt bằng hình dạng.

PEC đơn tinh thể có cấu trúc đồng nhất, chúng được chế tạo dưới dạng hình vuông với các góc cắt. Ngược lại, các nguyên tố đa tinh thể có hình vuông nghiêm ngặt.

Các đa tinh thể thu được bằng cách làm nguội dần silicon nóng chảy. Phương pháp này cực kỳ đơn giản, do đó các máy photocopy như vậy cũng không tốn kém.

Nhưng năng suất về mặt sản xuất điện từ ánh sáng mặt trời, chúng hiếm khi vượt quá 15%. Điều này là do tạp chất tinh khiết của các tấm silicon thu được và cấu trúc bên trong của chúng. Ở đây, lớp p-silicon càng sạch thì hiệu quả của PEC từ nó càng cao.

Độ tinh khiết của các tinh thể đơn trong khía cạnh này cao hơn nhiều so với các chất tương tự đa tinh thể. Chúng được làm không phải từ nóng chảy, mà từ một tinh thể silicon được trồng nhân tạo. Hệ số chuyển đổi quang điện cho các pin mặt trời như vậy đã đạt 20-22%.

Trong một mô-đun chung, các tế bào quang điện riêng lẻ được lắp ráp trên khung nhôm và để bảo vệ chúng khỏi phía trên, chúng được đóng bằng kính bền, hoàn toàn không cản trở các tia nắng mặt trời

Lớp trên của tấm pin mặt trời đối diện với mặt trời được làm từ cùng loại silicon, nhưng có thêm phốt pho. Đây là nguồn thứ hai sẽ là nguồn của các điện tử dư thừa trong hệ thống tiếp giáp pn.

Sự phát triển của các tấm linh hoạt với silicon quang điện vô định hình đã trở thành một bước đột phá thực sự trong lĩnh vực sử dụng năng lượng mặt trời:

Nguyên lý của bảng điều khiển năng lượng mặt trời

Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào một tế bào quang điện, các cặp lỗ electron không cân bằng được tạo ra trong nó. Các electron và "lỗ trống" dư thừa được chuyển một phần qua tiếp giáp pn từ lớp bán dẫn này sang lớp khác.

Kết quả là điện áp xuất hiện trong mạch bên ngoài. Trong trường hợp này, một cực dương của nguồn hiện tại được hình thành tại điểm tiếp xúc của lớp p và cực âm ở lớp n.

Sự khác biệt tiềm năng (điện áp) giữa các tiếp điểm của tế bào quang điện xuất hiện do sự thay đổi số lượng lỗ Lỗ và điện tử từ các phía khác nhau của tiếp giáp p-n do sự chiếu xạ của lớp n bởi các tia mặt trời

Các tế bào quang điện được kết nối với một tải bên ngoài dưới dạng pin tạo thành một vòng tròn luẩn quẩn với nó. Kết quả là, bảng điều khiển năng lượng mặt trời hoạt động giống như một loại bánh xe dọc theo đó các electron chạy cùng với protein. Và pin sạc đang dần được sạc.

Các tế bào quang điện silicon tiêu chuẩn là các tế bào tiếp giáp đơn. Việc chuyển các electron vào chúng chỉ xảy ra thông qua một tiếp giáp p-n với một vùng chuyển tiếp này bị giới hạn trong năng lượng photon.

Đó là, mỗi tế bào quang điện như vậy chỉ có khả năng tạo ra điện từ một phổ hẹp của bức xạ mặt trời. Tất cả năng lượng khác bị lãng phí. Do đó, hiệu quả của pin mặt trời rất thấp.

Để tăng hiệu quả của pin mặt trời, các yếu tố bán dẫn silicon cho chúng gần đây đã được chế tạo đa khớp (thác). Đã có một số chuyển đổi trong FEP mới. Hơn nữa, mỗi người trong số họ trong tầng này được thiết kế cho phổ ánh sáng mặt trời riêng.

Tổng hiệu suất của việc chuyển đổi các photon thành dòng điện trong các tế bào quang điện như vậy cuối cùng tăng lên. Nhưng giá của chúng cao hơn nhiều. Ở đây, có thể dễ dàng sản xuất với chi phí thấp và hiệu quả thấp, hoặc lợi nhuận cao hơn cùng với chi phí cao.

Pin năng lượng mặt trời có thể hoạt động cả vào mùa hè và mùa đông (cần ánh sáng chứ không phải nhiệt) - càng ít mây và mặt trời chiếu sáng hơn, bảng điều khiển năng lượng mặt trời sẽ tạo ra một dòng điện

Trong quá trình hoạt động, tế bào quang điện và toàn bộ pin dần nóng lên. Tất cả năng lượng không đi vào thế hệ của dòng điện được chuyển thành nhiệt. Thông thường, nhiệt độ trên bề mặt của heliopanel tăng lên 50 .5555 °. Nhưng càng cao, tế bào quang điện hoạt động càng kém hiệu quả.

Kết quả là, cùng một kiểu pin mặt trời tạo ra dòng nhiệt ít hơn so với thời tiết lạnh. Photocell cho thấy hiệu quả tối đa vào một ngày mùa đông rõ ràng. Hai yếu tố ảnh hưởng đến điều này - rất nhiều ánh nắng mặt trời và làm mát tự nhiên.

Hơn nữa, nếu tuyết rơi trên bảng điều khiển, nó sẽ tiếp tục tạo ra điện. Hơn nữa, những bông tuyết thậm chí không có thời gian để nằm xuống nó, tan chảy từ sức nóng của các tế bào quang điện nóng.

Hiệu quả pin mặt trời

Một tế bào quang điện ngay cả vào buổi trưa trong thời tiết rõ ràng phát ra khá nhiều điện, chỉ đủ để đèn pin LED hoạt động.

Để tăng công suất đầu ra, một số pin mặt trời được kết hợp trong một mạch song song để tăng điện áp DC và nối tiếp để tăng cường độ dòng điện.

Hiệu quả của các tấm pin mặt trời phụ thuộc vào:

• nhiệt độ không khí và pin của chính nó;
• Lựa chọn chính xác của kháng tải;
• góc tới của ánh sáng mặt trời;
• sự hiện diện / vắng mặt của lớp phủ chống phản chiếu;
• sức mạnh của một luồng ánh sáng.

Nhiệt độ bên ngoài càng thấp, các tế bào quang điện và pin mặt trời càng hoạt động hiệu quả. Mọi thứ đều đơn giản ở đây. Nhưng với việc tính toán tải trọng, tình hình phức tạp hơn. Nó nên được lựa chọn dựa trên hiện tại được tạo ra bởi bảng điều khiển. Nhưng giá trị của nó thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố thời tiết.

Heliopanels có sẵn với điện áp đầu ra bội số 12 V - nếu phải cung cấp 24 V cho pin, thì hai bảng sẽ phải được kết nối song song với nó

Vấn đề là liên tục theo dõi các thông số của pin mặt trời và tự điều chỉnh hoạt động của nó. Nó tốt hơn để sử dụng điều khiển điều khiển, tự động điều chỉnh các cài đặt của bảng điều khiển năng lượng mặt trời để đạt được hiệu suất tối đa và các chế độ hoạt động tối ưu từ nó.

Góc lý tưởng về tần suất của các tia mặt trời trên pin mặt trời là thẳng. Tuy nhiên, khi độ lệch nằm trong phạm vi 30 độ so với phương vuông góc, hiệu quả của bảng điều khiển chỉ giảm khoảng 5%. Nhưng với sự gia tăng hơn nữa ở góc độ này, một tỷ lệ bức xạ mặt trời ngày càng tăng sẽ được phản ánh, do đó làm giảm hiệu quả của pin mặt trời.

Nếu pin được yêu cầu để cung cấp năng lượng tối đa vào mùa hè, thì nó nên được định hướng vuông góc với vị trí trung bình của Mặt trời, nó chiếm vào những ngày của mùa xuân và mùa thu.

Đối với khu vực Mátxcơva, nó ở khoảng 40 độ45 đến chân trời. Nếu tối đa là cần thiết trong mùa đông, thì bảng điều khiển nên được đặt ở vị trí thẳng đứng hơn.

Và một điều nữa - bụi bẩn làm giảm đáng kể hiệu suất của pin mặt trời. Photon thông qua một rào cản "bẩn" như vậy đơn giản là không đến được chúng, điều đó có nghĩa là không có gì để chuyển đổi thành điện. Các tấm phải được rửa thường xuyên hoặc đặt để bụi được rửa sạch bởi mưa.

Một số pin mặt trời có ống kính tích hợp để tập trung bức xạ vào pin mặt trời. Trong thời tiết rõ ràng, điều này dẫn đến tăng hiệu quả. Tuy nhiên, với độ che phủ của đám mây nặng, những ống kính này chỉ gây hại.

Nếu một bảng thông thường trong tình huống như vậy tiếp tục tạo ra dòng điện, mặc dù với khối lượng nhỏ hơn, mẫu ống kính sẽ ngừng hoạt động gần như hoàn toàn.

Lý tưởng nhất, mặt trời từ pin pin mặt trời nên được chiếu sáng đều. Nếu một trong các phần của nó bị tối, thì PEC không sáng sẽ biến thành tải ký sinh. Họ không chỉ trong tình huống này không tạo ra năng lượng, mà còn lấy nó từ các yếu tố làm việc.

Các tấm pin phải được lắp đặt sao cho không có cây cối, tòa nhà hoặc các chướng ngại vật khác trên đường đi của tia nắng mặt trời.

Sơ đồ điện của ngôi nhà từ mặt trời

Hệ thống năng lượng mặt trời bao gồm:

1. Tấm năng lượng mặt trời.
2. Bộ điều khiển
3. Pin.
4. Biến tần (biến áp).

Bộ điều khiển trong mạch này bảo vệ cả pin mặt trời và pin. Một mặt, nó ngăn dòng điện ngược chảy vào ban đêm và trong thời tiết nhiều mây, mặt khác, nó bảo vệ pin khỏi việc sạc / xả quá mức.

Pin cho các tấm pin mặt trời nên được chọn giống nhau về tuổi và công suất, nếu không việc sạc / xả sẽ xảy ra không đồng đều, điều này sẽ dẫn đến giảm tuổi thọ sử dụng của chúng

Để biến đổi dòng điện một chiều 12, 24 hoặc 48 V thành điện áp xoay chiều 220 volt cần thiết biến tần. Pin xe hơi không được khuyến khích sử dụng trong một mạch như vậy vì chúng không thể chịu được việc sạc thường xuyên. Tốt nhất là nên chi tiền và mua pin AGM đặc biệt hoặc pin OPzS.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Nguyên tắc hoạt động và tấm pin mặt trời không quá phức tạp để hiểu Và với các tài liệu video được thu thập bởi chúng tôi dưới đây, sẽ dễ dàng hơn để hiểu tất cả những điều phức tạp của chức năng và lắp đặt các tấm pin mặt trời.

Có thể truy cập và hiểu được cách thức hoạt động của pin mặt trời quang điện, trong tất cả các chi tiết:

Cách sắp xếp các tấm pin mặt trời, xem video sau:

Tự lắp ráp một bảng điều khiển năng lượng mặt trời từ tế bào quang điện tử:

Mỗi mục trong hệ thống năng lượng mặt trời ngôi nhà phải được lựa chọn thành thạo. Mất điện không thể tránh khỏi xảy ra trên pin, máy biến áp và bộ điều khiển. Và chúng phải được giảm đến mức tối thiểu, nếu không, hiệu quả của các tấm pin mặt trời đủ thấp sẽ bị giảm xuống bằng 0 nói chung.

Trong quá trình nghiên cứu tài liệu có câu hỏi nào không? Hoặc bạn có biết thông tin có giá trị về chủ đề của bài viết và có thể nói với độc giả của chúng tôi? Hãy để lại ý kiến ​​của bạn vào ô bên dưới.