Принцип рада соларне батерије: како је соларни панел уређен и ради

Ефикасна претворба сунчевих зрака сунца у енергију која се може користити за напајање стамбених и других објеката је драгоцјени сан многих апологета за зелену енергију.

Али принцип рада соларне батерије и њена ефикасност су такви да нема потребе да говоримо о високој ефикасности таквих система. Било би лијепо имати свој додатни извор електричне енергије. Зар не? Штавише, и данас се у Русији, уз помоћ соларних панела, значајан број приватних домаћинстава успешно снабдева „бесплатном“ електричном енергијом. Још увек не знате где да започнете?

У наставку ћемо вам рећи о уређају и принципима рада соларног панела, сазнаћете од чега зависи ефикасност соларног система. А видео снимци објављени у чланку помоћи ће вам да лично саставите соларни панел из фотоћелија.

Соларни панели: терминологија

У теми "соларна енергија" постоји доста нијанси и збрке. Почетницима је тешко да у почетку разумеју све непознате појмове. Али без тога, бављење соларном енергијом, набавка опреме за генерисање „соларне“ струје је неразумно.

Несвесно, не можете да изаберете само погрешан панел, већ га једноставно запалите када сте повезани или из њега извучете премало енергије.

Прво треба да разумете постојеће врсте опреме за соларну енергију. Соларни панели и соларни колектори су два битно различита уређаја. Обоје трансформишу енергију сунчевих зрака.

Међутим, у првом случају потрошач добија електричну енергију на излазу, а у другом случају топлотну енергију у облику загрејане расхладне течности, тј. користе се соларни панели грејање куће.

Максимални повраћај са соларног панела може се добити само знањем како функционише, од којих компоненти и компоненти се састоји и како се све правилно повезује

Друга нијанса је концепт самог термина „соларна батерија“. Обично се реч "батерија" односи на неку врсту уређаја за складиштење енергије. Или вам падне на памет банални радијатор грејања. Међутим, у случају соларних батерија, ситуација је радикално другачија. Не акумулирају ништа у себи.

Соларни панел ствара константну електричну струју. Да бисте га претворили у променљиву (користи се у свакодневном животу), у кругу мора бити присутан претварач

Соларни панели дизајнирани су искључиво за производњу електричне струје. С друге стране, она се акумулира да снабдева кућу електричном енергијом ноћу, када сунце залази за хоризонт, већ у акумулаторима који су присутни поред система напајања објекта.

Батерија се овде подразумева у контексту одређене комбинације исте врсте компоненти састављених у јединствену целину. У ствари, ово је само панел од неколико идентичних фотоћелија.

Унутрашња структура соларне ћелије

Постепено, соларни панели постају јефтинији и ефикаснији. Сада се користе за пуњење батерија у уличним лампама, паметним телефонима, електричним аутомобилима, приватним кућама и сателитима у свемиру. Чак су почели да граде пуне соларне електране (СЕС) са великим количинама производње.

Соларна батерија се састоји од многих фотоћелија (фотонапонских претварача фотонапонских ћелија) који претварају енергију фотона са сунца у електричну енергију

Свака соларна батерија је смештена као блок деветог броја модула који се комбинују у серијским полуводичким фотоћелијама. Да бисте разумели принципе рада такве батерије, потребно је разумети рад ове последње везе у уређају соларног панела створеном на бази полуводича.

Врсте кристала фотоћелија

Постоји много опција за соларне ћелије из различитих хемијских елемената. Међутим, већина њих је развој у почетним фазама. За сада се производе само индустријски панели направљени од соларних ћелија на бази силицијума.

Силиконски полуводичи се користе у производњи соларних ћелија због своје ниске цене, не могу се похвалити нарочито високом ефикасношћу

Уобичајена соларна ћелија на соларном панелу је танка плоча од два слоја силицијума, од којих сваки има своја физичка својства. Ово је класично полуводичко пн спајање са паровима електрона-рупа.

Када фотони погоде ПЕЦ између ових слојева полуводича због нехомогености кристала, формира се фото-емф на вратима, што резултира разлике потенцијала и струјом електрона.

Силицијумске плочице соларних ћелија разликују се у технологији производње за:

1. Монокристални.
2. Поликристални.

Прве имају већу ефикасност, али трошак њихове производње је виши од трошкова другог. Споља се једна опција од друге на соларном панелу може разликовати по облику.

Једнокристални ПЕЦ имају једнолику структуру и израђени су у облику квадрата са исеченим угловима. Супротно томе, поликристални елементи имају строго квадратни облик.

Поликристали се добијају поступним хлађењем растаљеног силицијума. Ова метода је крајње једноставна, па су такве фотоћелије такође скупе.

Али продуктивност у погледу производње електричне енергије од сунчеве светлости ретко прелази 15%. То је због „нечистоће“ добијених силицијумових резина и њихове унутрашње структуре. Овде, што је чистији слој п силицијума, то је већа ефикасност ПЕЦ од њега.

Чистоћа монокристала у овом погледу је много већа од оне код поликристалних аналога. Направљени су не од растаљеног, већ од вештачки узгајаног целог кристала силицијума. Коефицијент конверзије фотонапонских елемената за такве соларне ћелије већ досеже 20-22%.

У заједничком модулу, појединачне фотоћелије су састављене на алуминијумском оквиру, а како би се заштитиле одозго, оне су затворене издржљивим стаклом, које уопште не омета сунчеву светлост.

Горњи слој плоче са соларним ћелијама окренут према сунцу направљен је од истог силицијума, али са додатком фосфора. Управо овај последњи ће бити извор вишка електрона у пн систему.

Прави пробој у употреби соларне енергије био је развој флексибилних панела са аморфним фотонапонским силицијумом:

Принцип рада соларног панела

Кад сунчева светлост падне на фотоћелију, у њој се стварају неравнотежни парови електрона-рупа. Вишак електрона и „рупа“ делимично се преносе пн спојом из једног полуводичког слоја у други.

Као резултат тога, напон се појављује у спољном кругу. У овом случају се на додиру п-слоја формира позитивни пол извора струје, а негативни пол на н-слоју.

Разлика потенцијала (напона) између контаката фотоћелије појављује се због промене броја „рупа“ и електрона са различитих страна п-н спајања као резултат зрачења н-слоја сунчевим зрацима

Фотоћелије повезане са спољним оптерећењем у облику батерије, са њим стварају зачарани круг. Као резултат тога, соларни панел делује као својеврсни точак дуж кога електрони „трче“ заједно са протеинима. И пуњива батерија се постепено добија.

Стандардне силицијумске фотонапонске ћелије су једносмерне ћелије. Пренос електрона у њих одвија се само кроз једно п-н спајање са зоном овог прелаза ограниченом енергијом фотона.

Односно, свака таква фотоћелија је способна да производи електричну енергију само из уског спектра сунчевог зрачења. Сва остала енергија се троши. Стога је ефикасност соларних ћелија тако ниска.

Да би повећали ефикасност соларних ћелија, недавно су направљени силицијуми полуводички елементи за њих. У новом ФЕП-у већ постоји неколико прелазака. Штавише, сваки од њих у овој каскади дизајниран је за свој спектар сунчеве светлости.

Укупна ефикасност претворбе фотона у електричну струју у таквим фотоћелијама у коначници се повећава. Али њихова цена је много виша. Овде је или једноставност израде уз ниску цену и ниску ефикасност, или већи принос заједно с високим трошковима.

Соларна батерија може да ради и лети и зими (потребна јој је светлост, а не топлота) - што мање облака и сунца светли јаче, то ће више соларни панел генерисати електричну струју

Током рада фотоћелија и цела батерија се постепено загреју. Сва енергија која није отишла у производњу електричне струје претвара се у топлоту. Често температура на површини хелиопанела порасте на 50–55 ° С. Али што је већи, фотонапонска ћелија мање ефикасно делује.

Као резултат тога, исти модел соларне батерије ствара мање струје у топлоти него у хладном времену. Фотоцелице показују максималну ефикасност ведрог зимског дана. На то утичу два фактора - пуно сунца и природно хлађење.

Штавише, ако падне снег на плочу, ионако ће наставити да производи струју. Штавише, пахуље немају времена ни да легну на њега, растопљене од врућине загрејаних фотоћелија.

Ефикасност соларне батерије

Једна фотоћелија, чак и у подне, по ведром времену, даје прилично мало електричне енергије, довољно је само да ЛЕД лампица ради.

Да би повећали излазну снагу, неколико соларних ћелија је комбиновано у паралелном кругу ради повећања једносмерног напона и у серији за повећање јачине струје.

Ефикасност соларних панела зависи од:

• температура ваздуха и сама батерија;
• исправан избор отпора оптерећења;
• угао појављивања сунчеве светлости;
• присуство / одсуство антирефлексног премаза;
• снага светлосног тока.

Што је нижа температура напољу, ефикасније су фотоћелије и соларна батерија. Овде је све једноставно. Али с рачунањем оптерећења ситуација је компликованија. Треба да буде изабран на основу тренутне вредности коју ствара панел. Али његова вредност варира у зависности од временских фактора.

Хелиопанели се производе са излазним напоном који је вишеструки од 12 В - ако се на батерију мора напајати 24 В, тада ће два паралелно морати да се повежу на њу.

Проблематично је стално надгледати параметре соларне батерије и ручно подешавати њен рад. Боље је користити регулатор контролера, која аутоматски прилагођава подешавања самог соларног панела како би се постигли максималан рад и оптимални режим рада од њега.

Идеалан угао упада сунчевих зрака на соларну ћелију је раван. Међутим, када је одступање унутар 30 степени од окомице, ефикасност панела пада само око 5%. Али с додатним повећањем овог угла, одражаће се све већи удео сунчевог зрачења, смањујући на тај начин ефикасност соларних ћелија.

Ако је батерија потребна да даје максималну енергију у лето, она би требало да буде оријентисана окомито на просечни положај Сунца, који заузима у дане равнодневнице у пролеће и јесен.

За московску регију је око 40–45 степени до хоризонта. Ако је зими потребан максимум, плочу треба поставити у вертикалнији положај.

И још једна ствар - прашина и прљавштина увелико смањују рад соларних ћелија. Фотони кроз такву "прљаву" баријеру једноставно не дођу до њих, што значи да се нема шта претворити у електричну енергију. Плоче се морају редовно прати или постављати тако да прашина сама од себе киша кише.

Неке соларне ћелије имају уграђена сочива за концентрисање зрачења на соларне ћелије. У ведром времену то води до повећања ефикасности. Међутим, са тешким облаком, ови сочиви само штете.

Ако конвенционални панел у таквој ситуацији и даље генерише струју, мада у мањим запреминама, модел сочива престаће скоро потпуно радити.

У идеалном случају сунце из батерија соларних ћелија треба да буде осветљено равномерно. Ако се испостави да је један од његових секција затамњен, тада се неосветљени ПЕЦ претвара у паразитско оптерећење. Они не само да у овој ситуацији не стварају енергију, већ је узимају и из радних елемената.

Плоче морају бити монтиране тако да на путу сунчевих зрака нема дрвећа, зграда или других препрека.

Шема напајања куће од сунца

Систем соларне енергије укључује:

1. Соларни панели.
2. Цонтроллер.
3. Батерије.
4. Претварач (трансформатор).

Регулатор у овом кругу штити и соларне панеле и батерије. С једне стране, спречава да повратне струје теку током ноћи и по облачном времену, а са друге стране, штите батерије од прекомерног пуњења / пражњења.

Батерије за соларне панеле би требале бити исте по старости и капацитету, у супротном ће се пуњење / пражњење појавити неравномерно, што ће довести до наглог смањења њиховог животног века

За претварање једносмерне струје од 12, 24 или 48 Волта у променљиве 220-волтне потребне претварач. Аутомобилске батерије се не препоручују у таквим круговима због њихове немогућности да издрже честа пуњења. Најбоље је потрошити новац и купити посебне хелијумске АГМ или запаљене ОПзС батерије.

Закључци и корисни видео о овој теми

Начела рада и соларни панели није превише компликовано да би га разумео. А са видео материјалима које смо сакупили у даљем тексту биће још лакше разумети све ситнице функционисања и уградње соларних панела.

Доступно је и разумљиво како фотонапонска соларна батерија функционише у свим детаљима:

Како су уређени соларни панели, погледајте у следећем видеу:

Направите самостално монтажу соларног панела из фотоћелија:

Свака ставка у соларни систем напајања викендица мора бити одабрана компетентно. Неизбежни губици енергије настају на батеријама, трансформаторима и регулатору. И морају се свести на минимум, иначе ће се довољно ниска ефикасност соларних панела свести на нулу уопште.

Током проучавања материјала било је питања? Или знате вриједне информације о теми чланка и можете их саопштити нашим читаоцима? Молимо оставите своје коментаре у пољу испод.