Prinsip operasi bateri solar: bagaimana panel solar disusun dan berfungsi

Penukaran sinar matahari secara berkesan menjadi tenaga yang boleh digunakan untuk memberi tenaga kepada perumahan dan kemudahan lain adalah impian yang dihargai oleh banyak orang yang meminta maaf untuk tenaga hijau.

Tetapi prinsip operasi bateri solar, dan kecekapannya sedemikian rupa sehingga tidak perlu membicarakan kecekapan tinggi sistem tersebut. Alangkah baiknya jika anda mempunyai sumber elektrik tambahan anda sendiri. Betul? Lebih-lebih lagi, walaupun pada hari ini di Rusia, dengan bantuan panel suria, sejumlah besar isi rumah berjaya dibekalkan dengan elektrik "percuma". Anda masih tidak tahu hendak bermula dari mana?

Di bawah ini kami akan memberitahu anda mengenai peranti dan prinsip operasi panel suria, anda akan mengetahui bagaimana kecekapan sistem suria bergantung. Dan video yang disiarkan dalam artikel itu akan membantu memasang panel suria secara peribadi dari sel cahaya.

Panel solar: terminologi

Dalam subjek "tenaga suria" terdapat banyak nuansa dan kekeliruan. Pada mulanya sukar bagi pemula untuk memahami semua istilah yang tidak dikenali pada mulanya. Tetapi tanpa ini, melibatkan diri dalam tenaga suria, memperoleh peralatan untuk menghasilkan arus "solar", tidak masuk akal.

Tanpa disedari, anda bukan sahaja dapat memilih panel yang salah, tetapi hanya membakarnya ketika disambungkan atau mengeluarkan tenaga yang terlalu sedikit daripadanya.

Mula-mula anda perlu memahami jenis peralatan yang ada untuk tenaga suria. Panel solar dan pengumpul suria adalah dua peranti yang berbeza secara asasnya. Kedua-duanya mengubah tenaga sinar matahari.

Walau bagaimanapun, dalam kes pertama, pengguna menerima tenaga elektrik di outlet, dan dalam kes kedua tenaga termal dalam bentuk penyejuk yang dipanaskan, iaitu. panel solar digunakan untuk pemanasan rumah.

Pulangan maksimum dari panel suria hanya dapat diperoleh dengan mengetahui cara kerjanya, komponen dan komponen apa yang dikandungnya dan bagaimana semuanya terhubung dengan betul

Nuansa kedua adalah konsep istilah "bateri solar" itu sendiri. Biasanya, kata "bateri" merujuk kepada beberapa jenis alat simpanan tenaga. Atau radiator pemanasan dangkal muncul di fikiran. Walau bagaimanapun, bagi bateri solar, keadaannya berbeza secara radikal. Mereka tidak mengumpulkan apa-apa dalam diri mereka.

Panel solar menghasilkan arus elektrik yang tetap. Untuk menukarnya ke pemboleh ubah (digunakan dalam kehidupan seharian), penyongsang mesti ada di litar

Panel solar direka khas untuk menghasilkan arus elektrik. Pada gilirannya, ia berkumpul untuk membekalkan rumah dengan elektrik pada waktu malam, ketika matahari terbenam di cakrawala, sudah ada bateri di samping skema bekalan kuasa objek.

Bateri di sini tersirat dalam konteks kombinasi tertentu dari jenis komponen yang sama yang digabungkan menjadi satu keseluruhan. Sebenarnya, ini hanyalah panel dari beberapa sel fot yang serupa.

Struktur dalaman sel suria

Secara beransur-ansur, panel solar menjadi lebih murah dan lebih cekap. Sekarang mereka digunakan untuk mengisi semula bateri di lampu jalan, telefon pintar, kereta elektrik, rumah persendirian dan satelit di angkasa. Daripada jumlah tersebut, mereka bahkan mula membina loji tenaga solar sepenuhnya (SES) dengan jumlah generasi yang besar.

Bateri suria terdiri daripada banyak sel surya (penukar fotovoltaik sel fotovoltaik) yang mengubah tenaga foton dari matahari menjadi elektrik

Setiap bateri solar disusun sebagai sekumpulan modul ke-9 yang bergabung dalam rangkaian fotokel semikonduktor siri. Untuk memahami prinsip operasi bateri seperti itu, adalah perlu untuk memahami operasi pautan terakhir ini dalam peranti panel suria yang dibuat berdasarkan semikonduktor.

Jenis kristal fotosel

Terdapat banyak pilihan untuk sel suria dari unsur kimia yang berbeza. Walau bagaimanapun, kebanyakannya adalah perkembangan pada peringkat awal. Setakat ini, hanya panel yang terbuat dari sel suria berasaskan silikon yang sedang dihasilkan pada skala industri.

Semikonduktor silikon digunakan dalam pembuatan sel suria kerana harganya yang rendah, mereka tidak dapat membanggakan kecekapan yang sangat tinggi

Sel solar biasa di panel solar adalah plat nipis dari dua lapisan silikon, yang masing-masing mempunyai sifat fizikalnya sendiri. Ini adalah persimpangan pn semikonduktor klasik dengan pasangan lubang elektron.

Apabila foton memukul PEC antara lapisan semikonduktor ini kerana ketidakkomogenan kristal, sebuah gerbang foto-emf terbentuk, menghasilkan perbezaan potensi dan arus elektron.

Wafer silikon sel suria berbeza dalam teknologi pembuatan untuk:

1. Monokristalin.
2. Polikristalin.

Yang pertama mempunyai kecekapan yang lebih tinggi, tetapi kos pengeluaran mereka lebih tinggi daripada yang terakhir. Secara luaran, satu pilihan dari pilihan lain pada panel solar dapat dibezakan mengikut bentuknya.

PEC kristal tunggal mempunyai struktur yang seragam; mereka dibuat dalam bentuk kotak dengan sudut potong. Sebaliknya, unsur polikristalin mempunyai bentuk segi empat sama ketat.

Polikristal diperoleh dengan menyejukkan silikon lebur secara beransur-ansur. Kaedah ini sangat mudah, oleh itu fotosel seperti itu juga murah.

Tetapi produktiviti dari segi menjana elektrik dari cahaya matahari mereka jarang melebihi 15%. Ini disebabkan oleh "kekotoran" dari wafer silikon yang diperoleh dan struktur dalamannya. Di sini, semakin bersih lapisan p silikon, semakin tinggi kecekapan PEC darinya.

Ketulenan kristal tunggal dalam hal ini jauh lebih tinggi daripada analog polikristalin. Mereka dibuat bukan dari cair, tetapi dari kristal silikon keseluruhan buatan. Pekali penukaran fotovoltaik untuk sel solar seperti itu sudah mencapai 20-22%.

Dalam modul yang sama, setiap fotokel dipasang pada bingkai aluminium, dan untuk melindunginya dari atas, ia ditutup dengan kaca tahan lama, yang sama sekali tidak mengganggu sinar matahari

Lapisan atas plat sel suria menghadap matahari terbuat dari silikon yang sama, tetapi dengan penambahan fosforus. Yang terakhir inilah yang akan menjadi sumber lebihan elektron dalam sistem persimpangan pn.

Perkembangan panel fleksibel dengan silikon fotolistrik amorf telah menjadi penembusan nyata dalam bidang penggunaan tenaga suria:

Prinsip panel suria

Apabila cahaya matahari jatuh pada sebuah photocell, pasangan lubang elektron noquilibrium dihasilkan di dalamnya. Elektron dan "lubang" yang berlebihan dipindahkan sebahagiannya melalui persimpangan pn dari satu lapisan semikonduktor ke lapisan yang lain.

Akibatnya, voltan muncul di litar luaran. Dalam kes ini, kutub positif sumber arus terbentuk pada kontak lapisan-p, dan kutub negatif pada lapisan-n.

Perbezaan berpotensi (voltan) antara kenalan photocell muncul disebabkan oleh perubahan jumlah "lubang" dan elektron dari sisi berlainan dari persimpangan p-n akibat penyinaran lapisan n oleh sinar suria

Photocell yang disambungkan ke beban luaran dalam bentuk bateri membentuk lingkaran setan dengannya. Akibatnya, panel suria berfungsi seperti sejenis roda di mana elektron "berjalan" bersama dengan protein. Dan bateri yang boleh dicas semula semakin bertambah.

Sel fotovoltaik silikon standard adalah sel persimpangan tunggal. Pemindahan elektron ke dalamnya berlaku hanya melalui satu persimpangan p-n dengan zon peralihan ini yang terhad dalam tenaga foton.

Maksudnya, setiap photocell tersebut mampu menjana elektrik hanya dari spektrum sinaran suria yang sempit. Semua tenaga lain dibazirkan. Oleh itu, kecekapan sel suria sangat rendah.

Untuk meningkatkan kecekapan sel suria, elemen semikonduktor silikon untuknya baru-baru ini dibuat multi-junction (cascade). Sudah ada beberapa peralihan dalam FEP baru. Lebih-lebih lagi, masing-masing di lata ini direka untuk spektrum cahaya matahari sendiri.

Kecekapan keseluruhan penukaran foton menjadi arus elektrik pada fotokel tersebut akhirnya meningkat. Tetapi harganya jauh lebih tinggi. Di sini, kemudahan pembuatan dengan kos rendah dan kecekapan rendah, atau pulangan lebih tinggi ditambah dengan kos tinggi.

Bateri solar boleh berfungsi pada musim panas dan musim sejuk (ia memerlukan cahaya, bukan panas) - semakin kurang keruh dan cahaya matahari lebih cerah, semakin banyak panel solar akan menghasilkan arus elektrik

Semasa operasi, photocell dan keseluruhan bateri secara beransur-ansur memanas. Semua tenaga yang tidak menjana arus elektrik berubah menjadi panas. Selalunya suhu di permukaan heliopanel meningkat hingga 50-55 ° С. Tetapi semakin tinggi, sel fotovoltaik kurang berkesan berfungsi.

Hasilnya, model bateri solar yang sama menghasilkan arus panas yang lebih sedikit berbanding cuaca sejuk. Photocell menunjukkan kecekapan maksimum pada hari musim sejuk yang cerah. Dua faktor mempengaruhi ini - banyak cahaya matahari dan penyejukan semula jadi.

Lebih-lebih lagi, jika salji turun di panel, ia akan terus menghasilkan elektrik. Lebih-lebih lagi, kepingan salji tidak mempunyai masa untuk berbaring di atasnya, meleleh dari panasnya fotocell yang dipanaskan.

Kecekapan bateri solar

Satu photocell walaupun pada waktu tengah hari dalam cuaca cerah memberikan sedikit elektrik, hanya cukup untuk lampu suluh LED berfungsi.

Untuk meningkatkan daya output, beberapa sel suria digabungkan dalam litar selari untuk meningkatkan voltan DC dan secara bersiri untuk meningkatkan kekuatan arus.

Keberkesanan panel solar bergantung kepada:

• suhu udara dan bateri itu sendiri;
• pemilihan rintangan beban yang betul;
• sudut kejadian cahaya matahari;
• kehadiran / ketiadaan lapisan anti-reflektif;
• kekuatan aliran cahaya.

Semakin rendah suhu di luar, semakin berkesan efel sel dan bateri solar secara keseluruhan. Semuanya mudah di sini. Tetapi dengan pengiraan beban, keadaan lebih rumit. Ia harus dipilih berdasarkan arus yang dihasilkan oleh panel. Tetapi nilainya berbeza bergantung pada faktor cuaca.

Panel suria tersedia dengan voltan keluaran yang merupakan kelipatan 12 V - jika diperlukan 24 V untuk bateri, maka dua panel harus dihubungkan dengannya secara selari

Adalah bermasalah untuk sentiasa memantau parameter bateri solar dan menyesuaikan operasinya secara manual. Lebih baik digunakan pengawal kawalan, yang secara automatik menyesuaikan pengaturan panel suria itu sendiri untuk mencapai prestasi maksimum dan mod operasi optimum darinya.

Sudut tepat sinaran cahaya matahari pada sel suria adalah lurus. Walau bagaimanapun, apabila penyimpangan berada dalam jarak 30 darjah dari tegak lurus, kecekapan panel hanya jatuh sekitar 5%. Tetapi dengan peningkatan lebih lanjut dalam sudut ini, peningkatan jumlah radiasi matahari akan dipantulkan, sehingga mengurangkan kecekapan sel suria.

Sekiranya bateri diperlukan untuk memberikan tenaga maksimum pada musim panas, maka ia harus berorientasi tegak lurus dengan kedudukan rata-rata Matahari, yang dimilikinya pada hari-hari ekuinoks pada musim bunga dan musim luruh.

Untuk wilayah Moscow, jaraknya sekitar 40-45 darjah ke ufuk. Sekiranya maksimum diperlukan pada musim sejuk, maka panel harus diletakkan pada kedudukan yang lebih menegak.

Dan satu perkara lagi - habuk dan kotoran sangat mengurangkan prestasi sel suria. Foton yang melalui penghalang "kotor" tidak sampai ke arahnya, yang bermaksud tidak ada yang boleh ditukarkan menjadi elektrik. Panel mesti dibasuh secara berkala atau diletakkan supaya habuk dibasuh oleh hujan sendiri.

Beberapa sel suria mempunyai lensa bawaan untuk memusatkan sinaran pada sel suria. Dalam cuaca cerah, ini akan meningkatkan kecekapan. Namun, dengan penutup awan yang berat, lensa ini hanya membahayakan.

Sekiranya panel konvensional dalam keadaan seperti itu terus menghasilkan arus, walaupun dalam jumlah yang lebih kecil, model lensa akan berhenti berfungsi hampir sepenuhnya.

Sebaik-baiknya, cahaya matahari dari bateri sel suria harus diterangi secara merata. Sekiranya salah satu bahagiannya menjadi gelap, maka PEC yang tidak menyala berubah menjadi beban parasit. Mereka bukan sahaja dalam keadaan ini tidak menghasilkan tenaga, tetapi juga mengambilnya dari unsur-unsur yang berfungsi.

Panel mesti dipasang supaya tidak ada pokok, bangunan atau halangan lain di jalan sinar matahari.

Skim kuasa rumah dari cahaya matahari

Sistem tenaga suria merangkumi:

1. Panel solar.
2. Pengawal
3. Bateri.
4. Inverter (pengubah).

Pengawal dalam litar ini melindungi panel solar dan bateri. Di satu pihak, ia menghalang arus terbalik daripada mengalir pada waktu malam dan dalam cuaca mendung, dan di sisi lain, ia melindungi bateri daripada pengisian / pelepasan berlebihan.

Bateri untuk panel suria harus dipilih sama dengan usia dan kapasitas, jika tidak, pengisian / pemakaian akan berlaku tidak rata, yang akan menyebabkan penurunan tajam dalam jangka hayatnya

Untuk mengubah arus DC 12, 24 atau 48 Volt menjadi 220-volt yang diperlukan penyongsang. Bateri kereta tidak disyorkan untuk digunakan dalam litar sedemikian kerana ketidakupayaannya menahan pengisian yang kerap. Sebaiknya belanjakan wang dan beli helium AGM khas atau bateri OPzS yang dijeli.

Kesimpulan dan video berguna mengenai topik tersebut

Prinsip operasi dan panel solar tidak terlalu rumit untuk difahami. Dengan bahan video yang dikumpulkan oleh kami di bawah, akan lebih mudah untuk memahami semua kerumitan fungsi dan pemasangan panel solar.

Dapat diakses dan difahami bagaimana bateri solar fotovoltaik berfungsi, dalam semua butiran:

Bagaimana panel solar disusun, lihat video berikut:

Pemasangan DIY panel solar dari sel fotokopi:

Setiap item di sistem tenaga suria pondok mesti dipilih dengan cekap. Kerugian kuasa yang tidak dapat dielakkan berlaku pada bateri, transformer, dan pengawal. Dan ia mesti dikurangkan minimum, jika tidak, kecekapan panel suria yang cukup rendah akan dikurangkan menjadi sifar secara umum.

Semasa kajian bahan tersebut ada persoalan? Atau adakah anda mengetahui maklumat berharga mengenai topik artikel tersebut dan boleh menyampaikannya kepada pembaca kami? Sila tinggalkan komen anda di kotak di bawah.