Ефективното превръщане на свободните лъчи на слънцето в енергия, която може да се използва за захранване на жилища и други съоръжения, е съкровената мечта на много апологети за зелена енергия.
Но принципът на работа на слънчевата батерия и нейната ефективност са такива, че не е необходимо да се говори за високата ефективност на такива системи. Би било хубаво да имате собствен собствен източник на електроенергия. Не е ли? Освен това, дори днес в Русия, с помощта на слънчеви панели, значителен брой частни домакинства успешно се снабдяват с „безплатно“ електричество. Все още не знаете откъде да започнете?
По-долу ще ви разкажем за устройството и принципите на работа на слънчевия панел, ще разберете от какво зависи ефективността на слънчевата система. А видеоклиповете, публикувани в статията, ще помогнат за личното сглобяване на слънчевия панел от фотоклетките.
Слънчеви панели: терминология
В темата за "слънчевата енергия" има много нюанси и объркване. За начинаещите често е трудно да разберат всички непознати понятия в началото. Но без това да се включва в слънчевата енергия, да се снабди с оборудване за генериране на „слънчев“ ток е неразумно.
Несъзнателно можете не само да изберете грешен панел, но и просто да го изгорите, когато сте свързани или да извличате твърде малко енергия от него.
Галерия с изображения
Снимка от
Инсталирането от соларни панели ви позволява рационално да използвате безплатната, неизчерпаема енергия на слънчевата светлина
Миниатюрни централи, сглобени от слънчеви панели, ще осигурят енергия на неелектрифицирани обекти и къщи, разположени в региони с прекъсвания в доставката на електроенергия
Инсталациите, които преработват UV радиация в електричество, заемат минимум пространство. те са разположени на покривите на къщи, стопански постройки, гаражи, беседки, веранди. По-рядко те са разположени на открити площи, които не са заети от сгради и насаждения.
Слънчевите панели са незаменима екипировка за любителите на пътуванията. Той ще осигури енергия далеч от източниците на енергия
Използването на слънчева енергия ще предостави възможност за значително намаляване на разходите за поддръжка на летни къщи и селски къщи. можете без проблем да сглобите и инсталирате рентабилна система със собствените си ръце
Соларните панели, разположени в кърмата на яхтата, палубата на кораба или носа на лодката, ще осигурят електрическа енергия, благодарение на която е възможно да се поддържа стабилна комуникация с брега
Преносим слънчев панел с батерия елиминира възникването на екстремни ситуации, далеч от населените места, гарантира зареждането на мобилни устройства за комуникация с близки
Леките, компактни зарядни устройства със слънчева енергия, специално проектирани за туризъм, ще осигурят енергия за телефони, уоки-токи, таблети и медийни технологии
Рационално използване на природните ресурси
Доставяне на енергия на неелектрифицирани съоръжения
Монтаж на слънчеви панели на покрива
Къмпинг мобилна слънчева батерия
Независима инсталация в крайградската зона
Генератор на енергия при пътувания с лодка
Преносим слънчев панел с батерия
Устройство с минимално спестяване на място
Първо трябва да разберете съществуващите видове оборудване за слънчева енергия. Слънчевите панели и слънчевите колектори са две коренно различни устройства. И двамата преобразуват енергията на слънчевите лъчи.
В първия случай обаче потребителят получава електрическа енергия на изхода, а във втория - топлинната енергия под формата на нагрята охлаждаща течност, т.е. Слънчевите панели се използват за отопление на къща.
Максималната възвръщаемост от слънчевия панел може да бъде получена само като се знае как работи, от какви компоненти и компоненти се състои и как правилно се свързва
Вторият нюанс е концепцията за самия термин „слънчева батерия“. Обикновено думата "батерия" се отнася до някакъв вид устройство за съхранение на енергия. Или банален отоплителен радиатор идва на ум. При слънчевите батерии обаче ситуацията е коренно различна. Те не натрупват нищо в себе си.
Соларният панел генерира постоянен електрически ток. За да го преобразувате в променлива (използва се в ежедневието), във веригата трябва да присъства инвертор
Слънчевите панели са проектирани изключително за генериране на електрически ток. Той от своя страна се натрупва, за да снабдява къщата с електричество през нощта, когато слънцето слезе над хоризонта, вече в присъстващите батерии в допълнение към схемата за снабдяване с енергия на обекта.
Батерията тук се подразбира в контекста на определена комбинация от един и същ тип компоненти, събрани в едно цяло. Всъщност това е просто панел от няколко еднакви фотоклетки.
Вътрешната структура на слънчевата батерия
Постепенно соларните панели стават все по-евтини и по-ефективни. Сега те се използват за презареждане на батерии в улични светлини, смартфони, електрически автомобили, частни домове и сателити в космоса. От тях те дори започнаха да изграждат пълноценни слънчеви централи (SES) с големи обеми на производство.
Слънчевата клетка се състои от много фотоклетки (фотоволтаични преобразуватели на фотоволтаични клетки), които преобразуват енергията на фотоните от слънцето в електричество
Всяка слънчева батерия е подредена като блок от пети брой модули, които комбинират полупроводникови фотоклетки, свързани последователно. За да се разберат принципите на работа на такава батерия, е необходимо да се разбере работата на тази крайна връзка в устройството на слънчевия панел, създадено на базата на полупроводници.
Видове кристали от фотоклетки
Има много възможности за слънчеви клетки от различни химически елементи. Въпреки това, повечето от тях са развитие в началните етапи. Засега в индустриален мащаб се произвеждат само панели за слънчеви клетки на силиконова основа.
Силиконовите полупроводници се използват при производството на слънчеви клетки поради ниската си цена, те не могат да се похвалят с особено висока ефективност
Обща слънчева клетка в слънчев панел е тънка плоча от два силициеви слоя, всеки от които има свои собствени физически свойства. Това е класически полупроводников pn преход с двойки електрон-дупка.
Когато фотоните влизат в PEC между тези слоеве на полупроводника поради нехомогенността на кристала, се образува фото-емф на затворите, което води до потенциална разлика и електронен ток.
Силиконовите пластини на слънчевите клетки се различават по технологията на производство на:
- Monocrystalline.
- Поликристални.
Първите имат по-висока ефективност, но цената на тяхното производство е по-висока от тази на втората. Външно една опция от друга на слънчевия панел може да се различи по форма.
Галерия с изображения
Снимка от
Хеликостанция в крайградски район
Монокристални слънчеви клетки
Поява на слънчеви клетки върху монокристали
Монокристална слънчева единица
Доставка на готов за инсталиране соларен панел
Поликристална слънчева клетка
Поликристална слънчева батерия
Направи си сам производство на слънчеви клетки
Еднокристалните PEC имат хомогенна структура, те са направени под формата на квадратчета с изрязани ъгли. За разлика от тях поликристалните елементи имат строго квадратна форма.
Поликристалите се получават чрез постепенно охлаждане на разтопен силиций. Този метод е изключително прост, следователно такива фотоклетки са евтини.
Но производителността по отношение на генерирането на електричество от слънчевата светлина рядко надвишава 15%. Това се дължи на „нечистотата“ на получените силициеви пластини и тяхната вътрешна структура. Тук, колкото по-чист е п-слоят силиций, толкова по-висока е ефективността на PEC от него.
Чистотата на монокристалите в това отношение е много по-висока от тази на поликристалните аналози. Те са направени не от разтопен, а от изкуствено отглеждан цял силициев кристал. Коефициентът на фотоволтаична конверсия на такива слънчеви клетки вече достига 20-22%.
В общ модул отделните фотоклетки са сглобени върху алуминиева рамка и за да ги предпазят отгоре, те се затварят с трайно стъкло, което изобщо не пречи на слънчевите лъчи.
Горният слой на слънчевата клетка, обърнат към слънцето, е направен от същия силиций, но с добавяне на фосфор. Именно последният ще бъде източник на излишни електрони в pn преходната система.
Разработката на гъвкави панели с аморфен фотоелектрик силиций се превърна в истински пробив в областта на използването на слънчева енергия:
Галерия с изображения
Снимка от
Гъвкава слънчева опция
Гъвкав стикер за фотоклетки на щорите
Гъвкаво зарядно за мобилни телефони
Устойчив на механично натоварване
Принципът на работа на слънчевия панел
Когато слънчевата светлина падне върху фотоклетката, в нея се генерират неравновесни двойки електрон-дупки. Излишните електрони и "дупки" се прехвърлят частично през pn прехода от един полупроводников слой към друг.
В резултат на това се появява напрежение във външната верига. В този случай при контакта на p-слоя се образува положителен полюс на източника на ток, а отрицателен полюс в n-слоя.
Потенциалната разлика (напрежението) между контактите на фотоклетката се появява поради промяна в броя на „дупките“ и електроните от различни страни на p-n пресечката в резултат на облъчване на n-слоя от слънчеви лъчи
Фотоклетките, свързани с външен товар под формата на батерия, образуват порочен кръг с него. В резултат на това слънчевият панел работи като един вид колело, по което електрони „вървят” по протеини. А акумулаторната батерия постепенно набира сила.
Стандартните силиконови фотоволтаични клетки са клетки с единично съединение. Прехвърлянето на електрони в тях става само през един p-n преход с зона на този преход, ограничена във фотонната енергия.
Тоест всяка такава фотоклетка е в състояние да генерира електричество само от тесен спектър от слънчева радиация. Цялата останала енергия се губи. Следователно, ефективността на слънчевите клетки е толкова ниска.
За да повишат ефективността на слънчевите клетки, наскоро за тях са изработени силиконови полупроводникови елементи (каскада). В новия FEP вече има няколко прехода. Освен това всеки от тях в тази каскада е проектиран за собствен спектър от слънчева светлина.
Общата ефективност на преобразуването на фотони в електрически ток в такива фотоклетки в крайна сметка се увеличава. Но цената им е много по-висока. Тук или лекотата на производство с ниска цена и ниска ефективност, или по-висока възвръщаемост, съчетана с висока цена.
Соларната батерия може да работи както през лятото, така и през зимата (има нужда от светлина, а не от топлина) - колкото по-малко облачност и слънце грее по-ярко, толкова повече слънчевият панел ще генерира електрически ток
По време на работа фотоклетката и цялата батерия постепенно се загряват. Цялата енергия, която не е отишла при генерирането на електрически ток, се трансформира в топлина. Често температурата на повърхността на хелиопанела се повишава до 50–55 ° С. Но колкото е по-високо, толкова по-малко ефективно работи фотоволтаичната клетка.
В резултат на това същия модел на слънчева батерия генерира по-малко ток в топлината, отколкото в студено време. Фотоклетките показват максимална ефективност в ясен зимен ден. Два фактора влияят на това - много слънце и естествено охлаждане.
Освен това, ако на панела падне сняг, той така или иначе ще продължи да генерира електричество. Освен това, снежинките дори нямат време да легнат върху него, разтопени от топлината на нагретите фотоклетки.
Ефективност на слънчевата батерия
Една фотоклетка дори на обяд при ясно време отделя доста малко електричество, достатъчно е само за работа на LED фенерчето.
За да увеличите изходната мощност, няколко слънчеви клетки се комбинират в паралелна верига за увеличаване на постояннотоковото напрежение и последователно за увеличаване на силата на тока.
Ефективността на слънчевите панели зависи от:
- температура на въздуха и самата батерия;
- правилен избор на устойчивост на натоварване;
- ъгъл на падане на слънчевата светлина;
- наличие / отсъствие на антиотражателно покритие;
- мощност на светлинен поток.
Колкото по-ниска е температурата на улицата, толкова по-ефективно работят фотоклетките и соларната батерия като цяло. Тук всичко е просто. Но с изчисляването на натоварването ситуацията е по-сложна. Той трябва да бъде избран въз основа на тока, генериран от панела. Но стойността му варира в зависимост от метеорологичните фактори.
Хелиопанелите се произвеждат с изходно напрежение, кратно на 12 V - ако към батерията трябва да бъдат подадени 24 V, тогава два панела ще трябва да бъдат свързани паралелно към нея
Проблемно е постоянно да следите параметрите на слънчевата батерия и ръчно да регулирате нейната работа. За целта е по-добре да използвате контролен контролер, който автоматично настройва настройките на самия слънчев панел, за да постигне максимална производителност и оптимални режими на работа от него.
Идеалният ъгъл на падене на слънчевите лъчи върху слънчевата клетка е прав. Когато обаче отклонението е в рамките на 30 градуса от перпендикуляра, ефективността на панела пада само около 5%. Но с по-нататъшно увеличаване на този ъгъл ще се отрази все по-голяма част от слънчевата радиация, като по този начин ще се намали ефективността на слънчевите клетки.
Ако през лятото е необходима батерията, за да даде максимална енергия, тогава тя трябва да бъде ориентирана перпендикулярно на средното положение на Слънцето, което заема в дните на равноденствието през пролетта и есента.
За района на Москва той е приблизително 40–45 градуса до хоризонта. Ако максимумът е необходим през зимата, тогава панелът трябва да бъде поставен в по-вертикално положение.
И още нещо - прахът и мръсотията значително намаляват работата на слънчевите клетки. Фотоните през такава "мръсна" бариера просто не ги достигат, което означава, че няма какво да се преобразува в електричество. Панелите трябва да се мият редовно или да се поставят така, че прахът да се отмие от дъжда самостоятелно.
Някои соларни клетки имат вградени лещи за концентриране на радиацията върху слънчевите клетки. При ясно време това води до повишена ефективност. Въпреки това, при тежко облачно покритие, тези лещи правят само вреда.
Ако конвенционален панел в тази ситуация продължи да генерира ток, макар и в по-малки обеми, моделът на обектива ще спре почти напълно.
В идеалния случай слънцето от батерия за слънчеви клетки трябва да бъде осветено равномерно. Ако една от секциите му се окаже потъмнена, тогава неосветеният PEC се превръща в паразитен товар. Те не само не генерират енергия в такава ситуация, но и я отнемат от работещите елементи.
Панелите трябва да бъдат монтирани така, че да няма дървета, сгради или други препятствия по пътя на слънчевите лъчи.
Схема на захранване на къщата от слънцето
Слънчевата система за захранване включва:
- Слънчеви панели.
- Controller.
- Батерии
- Инвертор (трансформатор).
Контролерът в тази схема защитава както соларни панели, така и батерии. От една страна, той предотвратява протичането на обратни токове през нощта и при облачно време, а от друга, предпазва батериите от прекомерно зареждане / разреждане.
Батериите за соларни панели трябва да бъдат избрани еднакви по възраст и капацитет, в противен случай зареждането / разреждането ще се случи неравномерно, което ще доведе до рязко намаляване на техния експлоатационен живот
За да преобразувате постоянен ток от 12, 24 или 48 волта в променлив 220-волтов, е необходим инвертор.Не се препоръчва използването на автомобилни акумулатори в такава схема поради неспособността им да издържат на чести презареждания. Най-добре е да харчите пари и да закупите специални хелиеви AGM или желирани OPzS батерии.
Принципите на работа и схемата на свързване на слънчевите панели не са твърде сложни за разбиране. А с видео материалите, събрани от нас по-долу, ще бъде още по-лесно да разберем всички тънкости на функционирането и инсталирането на соларни панели.
Достъпно и разбираемо е как работи фотоволтаичната слънчева батерия с всички подробности:
Как са подредени слънчевите панели, вижте следното видео:
Направи си сам монтаж на слънчев панел от фотоклетки:
Всеки елемент от системата за слънчево захранване на вилата трябва да бъде избран правилно. Неизбежните загуби на мощност настъпват на батерии, трансформатори и контролера. И те трябва да бъдат сведени до минимум, в противен случай достатъчно ниската ефективност на слънчевите панели ще бъде намалена до нула като цяло.
По време на изучаването на материала имаше въпроси? Или знаете ценна информация по темата на статията и можете да я съобщите на нашите читатели? Моля, оставете вашите коментари в полето по-долу.