Zasada działania i urządzenie paneli słonecznych

Zasada działania baterii słonecznej

Urządzenie przeznaczone jest do bezpośredniego przetwarzania promieni słonecznych na energię elektryczną. To działanie nazywa się efektem fotoelektrycznym. Półprzewodniki (płytki krzemowe), z których wykonuje się pierwiastki, mają elektrony naładowane dodatnio i ujemnie i składają się z dwóch warstw, warstwy n (-) i warstwy p (+). Nadmiar elektronów pod wpływem światła słonecznego jest wybijany z warstw i zajmuje puste miejsca w kolejnej warstwie. Powoduje to, że wolne elektrony stale się poruszają, przemieszczając się z jednej płytki na drugą, generując energię elektryczną, która jest przechowywana w akumulatorze.

Sposób działania baterii słonecznej zależy w dużej mierze od jej konstrukcji. Ogniwa słoneczne były pierwotnie wykonane z krzemu.Wciąż cieszą się dużą popularnością, ale ponieważ proces oczyszczania krzemu jest dość pracochłonny i kosztowny, opracowywane są modele z alternatywnymi fotokomórkami ze związków kadmu, miedzi, galu i indu, ale są one mniej wydajne.

Wydajność paneli słonecznych wzrosła wraz z rozwojem technologii. Dziś liczba ta wzrosła z jednego procenta, który notowano na początku wieku, do ponad dwudziestu procent. To pozwala nam dziś wykorzystywać panele nie tylko na potrzeby domowe, ale także do produkcji.

Specyfikacje

Urządzenie do baterii słonecznej jest dość proste i składa się z kilku elementów:

Bezpośrednio ogniwa słoneczne / panel słoneczny;

Falownik, który zamienia prąd stały na prąd przemienny;

Kontroler poziomu baterii.

Kup baterie do paneli słonecznych powinien opierać się na wymaganych funkcjach. Przechowują i dystrybuują energię elektryczną. Przechowywanie i konsumpcja odbywa się przez cały dzień, a w nocy nagromadzony ładunek jest zużywany tylko. W ten sposób istnieje stały i ciągły dopływ energii.

Nadmierne ładowanie i rozładowywanie akumulatora skraca jego żywotność. Kontroler ładowania baterii słonecznych automatycznie wstrzymuje gromadzenie energii w baterii, gdy osiągnie ona swoje maksymalne parametry, a wyłącza obciążenie urządzenia, gdy jest ono mocno rozładowane.

(Tesla Powerwall - bateria do paneli słonecznych 7KW - i ładowanie w domu dla pojazdów elektrycznych)

Inwerter sieciowy do paneli słonecznych jest najważniejszym elementem konstrukcyjnym. Zamienia energię otrzymaną z promieni słonecznych na prąd zmienny o różnej pojemności.Będąc konwerterem synchronicznym, łączy napięcie wyjściowe prądu elektrycznego w częstotliwości i fazie z siecią stacjonarną.

Fotokomórki można łączyć zarówno szeregowo, jak i równolegle. Ta ostatnia opcja zwiększa parametry mocy, napięcia i prądu oraz pozwala na pracę urządzenia nawet w przypadku utraty funkcjonalności jednego elementu. Połączone modele są wykonane przy użyciu obu schematów. Żywotność płyt wynosi około 25 lat.

Wybór paneli słonecznych do prywatnego domu

Przed zakupem paneli słonecznych do prywatnego domu dowiedz się:

• Dzienne zużycie energii elektrycznej w pokoju;
• miejsce na montaż paneli (skierowane na południe, przy czym nie powinno być na nich cienia i należy ustawić odpowiedni kąt nachylenia);
• Baterie umieszcza się w ciepłym pomieszczeniu o temperaturze do 25 stopni Celsjusza;
• Weź pod uwagę szczytowe obciążenia urządzeń elektrycznych;
• Sezonowe lub stałe użytkowanie systemu.

W przypadku regionów o wysokiej aktywności świetlnej najlepiej nadają się baterie monokrystaliczne. W przypadku letniej rezydencji lub osobistej działki, jeśli planowane jest użytkowanie sezonowe, najlepiej nadają się mikromorficzne modele polikrystaliczne. Są stosunkowo niedrogie, dobrze odbierają rozproszone, boczne światło i pracują pod kątem przy pochmurnej pogodzie.

Przykład obliczenia

Obszar podmiejski zużywa 3-6 kWh energii elektrycznej, ale liczba ta może być wyższa w przypadku korzystania z dużej liczby urządzeń elektrycznych lub dodatkowego oświetlenia w domu. Trzypiętrowy domek zużywa od 20 do 50 kWh, a nawet więcej. Na podstawie dostarczonych informacji dokonamy kalkulacji.

Energochłonność domku wynosi 7 kW (wraz ze stratami). Jeśli dom znajduje się na południu, gdzie jest wystarczająco dużo światła słonecznego do dostarczania energii, potrzeba około 20 baterii. Moc robocza jednego panelu to 400 watów. Taka ilość wystarczy na dostarczenie energii do obszaru podmiejskiego, gdzie na stałe mieszka 4-6-osobowa rodzina.

Instalacja

Kupując produkty konkretnej firmy, otrzymujesz szczegółowe schematy połączeń i instrukcje, a także możesz własnoręcznie zainstalować zasilacze bezprzerwowe i panele słoneczne. Jeśli jednak nie chcesz zajmować się instalacją i konfiguracją systemów lub nigdy wcześniej tego nie robiłeś, powierz tę pracę profesjonalistom.

Specjaliści udają się na miejsce i w krótkim czasie przeprowadzają instalację i uruchomienie sprzętu. Średnio montaż elektrowni słonecznej trwa od jednego do czterech dni, w zależności od złożoności systemu, a zasilacz awaryjny jest instalowany w ciągu jednego do dwóch dni.

Montaż modułów fotowoltaicznych odbywa się według wcześniej zatwierdzonego schematu, a wszystkie elementy systemu; baterie, kontrolery ładowania i konwertery są zainstalowane w wygodnym i dostępnym dla Ciebie miejscu. Elektrownia jest łatwa w utrzymaniu. Panele słoneczne mają gładką powierzchnię ze specjalnego szkła, które nie pozwala na gromadzenie się śniegu i kurzu. Baterie stosowane w systemach solarnych są bezobsługowe i mają żywotność do 10 lat.

Porady

Eksperci podają kilka zaleceń dotyczących prawidłowego układania i podłączania paneli słonecznych.

Najczęściej produkty wykorzystujące alternatywne źródła energii montuje się na dachu lub na ścianach zabudowy mieszkaniowej, rzadziej na specjalnych niezawodnych podporach.

W każdym razie wszelkie zaciemnienia powinny być całkowicie wykluczone, to znaczy baterie powinny być ustawione w taki sposób, aby nie padały w cieniu wysokich drzew i sąsiednich budynków.
Montaż zestawu płyt odbywa się w rzędach, ich ułożenie jest równoległe, w związku z tym niezwykle ważne jest, aby wyższe rzędy nie rzucały cienia na te znajdujące się poniżej. To wymaganie jest bardzo ważne, ponieważ całkowite lub częściowe zacienienie powoduje zmniejszenie, a nawet całkowite zaprzestanie produkcji energii, ponadto może wystąpić efekt powstawania „prądów wstecznych”, co często powoduje awarię sprzętu.

Właściwa orientacja na światło słoneczne ma kluczowe znaczenie dla wydajności i skuteczności paneli.

Bardzo ważne jest, aby do powierzchni docierały wszystkie możliwe promienie UV. Prawidłowa orientacja jest obliczana na podstawie danych o położeniu geograficznym budynku

Na przykład, jeśli panele są montowane po północnej stronie budynku, to panele powinny być zorientowane na południe.
Równie ważny jest ogólny kąt nachylenia konstrukcji, determinuje go również orientacja geograficzna konstrukcji.Eksperci obliczyli, że wskaźnik ten powinien odpowiadać szerokości geograficznej położenia domu, a ponieważ słońce, w zależności od pory roku, kilkakrotnie zmienia swoje położenie nad horyzontem, warto rozważyć dostosowanie ostatecznego kąta montażu baterie. Zwykle korekta nie przekracza 12 stopni.

• Baterie należy ułożyć w taki sposób, aby zapewnić do nich swobodny dostęp, gdyż w okresie mroźnej zimy konieczne będzie okresowe czyszczenie ich z atakującego śniegu, a w ciepłym sezonie z zacieków po deszczu, które znacznie obniżają wydajność używania baterii.
• Do tej pory w sprzedaży dostępnych jest wiele chińskich i europejskich modeli paneli słonecznych, które różnią się kosztem, dzięki czemu każdy może zainstalować model optymalny dla swojego budżetu.

Podsumowując, należy zauważyć, że nasza planeta odniesie największe korzyści z wykorzystania paneli słonecznych, ponieważ to źródło energii nie powoduje absolutnie żadnych szkód dla środowiska. Jeśli jako konsumentowi zależy Ci na przyszłości naszej Ziemi, potencjale jej zasobów lądowych i ochronie zasobów naturalnych, to panele słoneczne są najlepszym wyborem.

Jak zainstalować baterię słoneczną na dachu domu, zobacz poniższy film.

Wniosek na ten temat

Profesjonalne podejście do instalacji elektrowni słonecznej pozwoli Ci uwzględnić wszystkie czynniki, niuanse i uniknąć irytujących błędów.

Ogólne zasady montażu paneli słonecznych

Podczas montażu paneli słonecznych należy wziąć pod uwagę 5 czynników, których połączenie ostatecznie determinuje miejsce i sposób montażu:

1. Rozpraszanie ciepła
2. Cień
3. Orientacja
4. Skłonić
5. Dostępność do serwisu

Jak wspomniano powyżej, rozpraszanie ciepła odgrywa ważną rolę w utrzymaniu wydajności akumulatorów. Konieczne jest pozostawienie szczeliny wentylacyjnej między panelem a płaszczyzną montażu, im większa, tym lepiej. Zwykle podczas montażu ramy lub ramy do montażu modułów między panelem a samolotem pozostaje 5-10 centymetrów. Maksymalna wentylacja jest zapewniona po zamontowaniu na oddzielnej ramie lub pręcie.

Każdy cień padający na akumulator z drzew lub budynków „wyłącza” zacienione ogniwo, co przyspiesza degradację drogich modułów monokrystalicznych i całkowicie zatrzymuje wytwarzanie energii w polikrystalicznych. Producenci oferują różne sposoby minimalizowania ryzyka „gorącego punktu” spowodowanego przerwaniem obwodu elektrycznego, co należy wziąć pod uwagę przy zakupie. Ale lepiej jest zainstalować baterię w taki sposób, aby „twardy” cień nie mógł na nią w żaden sposób spaść. „Miękki” cień spowodowany mgłą, chmurami lub smogiem nie szkodzi akumulatorowi, a jedynie zmniejsza moc wyjściową.

Musisz skierować baterię na południe - aby nasłonecznienie było maksymalne. Wszystkie inne metody instalacji to kompromisy i lepiej ich nie brać pod uwagę. Wydawanie dziesiątek tysięcy rubli na zakup modułów byłoby nierozsądne, ale nierozsądne byłoby orientowanie baterii nie na słońce. Mapy nasłonecznienia dla różnych regionów Federacji Rosyjskiej są publikowane w Internecie i są publicznie dostępne. Centralny pas Rosji znajduje się głównie w 2. strefie nasłonecznienia, gdzie od 1 mkw. metrów prawidłowo zainstalowanego idealnego modułu słonecznego może wyprodukować do 3 kWh/dobę.

Dostępność baterii do szybkiego czyszczenia powierzchni pozwala na wykonanie tej prostej operacji bez angażowania specjalistów.Zimą nawierzchnię należy oczyścić ze śniegu, latem z kurzu i brudu spowodowanego wiatrem i deszczem. Jeśli w pobliżu znajduje się obiekt w budowie, powierzchnia modułów będzie musiała być codziennie czyszczona. Najłatwiej to zrobić za pomocą strumienia wody z węża lub dowolnej szczotki do mycia okien.

Jak osiągnąć maksymalną wydajność?

Kupując panele słoneczne do domu, bardzo ważne jest, aby wybrać projekt, który zapewni dostateczną moc do domu. Uważa się, że wydajność paneli słonecznych przy pochmurnej pogodzie wynosi około 40 W na 1 metr kwadratowy na godzinę.

W rzeczywistości przy pochmurnej pogodzie moc światła na poziomie gruntu wynosi około 200 watów na metr kwadratowy, ale 40% światła słonecznego to promieniowanie podczerwone, na które panele słoneczne nie są podatne. Warto również wziąć pod uwagę, że wydajność baterii rzadko przekracza 25%.

Czasami energia z intensywnego światła słonecznego może sięgać 500 W na metr kwadratowy, ale w obliczeniach należy wziąć pod uwagę wartości minimalne, dzięki którym autonomiczny system zasilania będzie nieprzerwany.

Każdego dnia słońce świeci średnio 9 godzin, jeśli weźmiemy pod uwagę średnią roczną. W ciągu jednego dnia metr kwadratowy powierzchni konwertera jest w stanie wytworzyć 1 kilowat energii elektrycznej. Jeżeli mieszkańcy domu zużywają dziennie około 20 kilowatów energii elektrycznej, to minimalna powierzchnia paneli słonecznych powinna wynosić około 40 metrów kwadratowych.

Jednak taki wskaźnik zużycia energii elektrycznej w praktyce jest rzadkością. Z reguły najemcy będą zużywać do 10 kW dziennie.

Jeśli mówimy o tym, czy panele słoneczne działają zimą, to warto pamiętać, że o tej porze roku czas trwania godzin dziennych jest znacznie skrócony, ale jeśli zapewnisz systemowi mocne akumulatory, to energia pobierana na dzień powinna być wystarczające, biorąc pod uwagę obecność baterii zapasowej.

Przy wyborze baterii słonecznej bardzo ważne jest zwrócenie uwagi na pojemność baterii. Jeśli potrzebujesz paneli słonecznych, które działają w nocy, pojemność baterii zapasowej odgrywa kluczową rolę. Ponadto urządzenie musi być odporne na częste ładowanie.

Ponadto urządzenie musi być odporne na częste ładowanie.

Pomimo tego, że koszt instalacji paneli słonecznych może przekroczyć 1 milion rubli, koszty zwrócą się w ciągu kilku lat, ponieważ energia słoneczna jest całkowicie darmowa.

Jak działa bateria słoneczna?

Wszystkie żywe istoty na ziemi powstały dzięki energii słońca. W każdej sekundzie na powierzchnię planety trafia ogromna ilość energii w postaci promieniowania słonecznego. Podczas gdy spalamy tysiące ton węgla i produktów ropopochodnych, aby ogrzać nasze domy, kraje położone bliżej równika marnieją w upale. Wykorzystywanie energii słonecznej na potrzeby człowieka jest godnym zadaniem dla dociekliwych umysłów. W tym artykule rozważymy projekt bezpośredniego konwertera światła słonecznego na energię elektryczną - ogniwa słonecznego.

Cienki wafel składa się z dwóch warstw krzemu o różnych właściwościach fizycznych. Wewnętrzna warstwa to czysty monokrystaliczny krzem o przewodności w otworach. Na zewnątrz pokryta jest bardzo cienką warstwą „zanieczyszczonego” krzemu np. z domieszką fosforu. Na tylną stronę płyty przyłożony jest styk z litego metalu.Na granicy warstw n- i p, w wyniku przelewania się ładunków, tworzą się strefy zubożone z nieskompensowanym dodatnim ładunkiem objętościowym w n-ładunek ujemny warstwy i objętości w warstwie p. Strefy te razem tworzą złącze p-n.

Powstająca na skrzyżowaniu potencjalna bariera uniemożliwia przejście głównych nośników ładunku, tj. elektrony od strony warstwy p, ale swobodnie przechodzą mniejsze nośniki w przeciwnych kierunkach. Ta właściwość złączy p-n determinuje możliwość uzyskania fotoemf podczas naświetlania ogniw słonecznych światłem słonecznym. Gdy SC jest oświetlony, zaabsorbowane fotony generują nierównowagowe pary elektron-dziura. Elektrony generowane w warstwie p w pobliżu złącza p-n zbliżają się do złącza p-n i są przenoszone do obszaru n przez istniejące w nim pole elektryczne.

Podobnie nadmiar dziur utworzonych w warstwie n jest częściowo przenoszony na warstwę p. W rezultacie warstwa n zyskuje dodatkowy ładunek ujemny, a warstwa p zyskuje dodatni. Początkowa różnica potencjałów styku między warstwami p i n półprzewodnika maleje, aw obwodzie zewnętrznym pojawia się napięcie. Biegun ujemny źródła prądu odpowiada warstwie n, a warstwa p dodatniemu.

Większość nowoczesnych ogniw słonecznych ma pojedyncze złącze p-n. W takim elemencie nośniki ładunków swobodnych tworzą tylko te fotony, których energia jest większa lub równa przerwie energetycznej. Innymi słowy, odpowiedź fotoelektryczna pojedynczej komórki złącza jest ograniczona do części widma słonecznego, której energia jest wyższa niż pasmo zabronione, a fotony o mniejszej energii nie są wykorzystywane. Ograniczenie to można przezwyciężyć dzięki wielowarstwowym strukturom dwóch lub większej liczby SC o różnych pasmach wzbronionych.Takie elementy nazywane są wielozłączowymi, kaskadowymi lub tandemowymi. Ponieważ pracują ze znacznie większą częścią widma słonecznego, mają wyższą wydajność konwersji fotowoltaicznej. W typowym wielozłączowym ogniwie słonecznym pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne są ułożone jeden za drugim w taki sposób, że światło słoneczne najpierw pada na ogniwo z największą przerwą energetyczną, a fotony o największej energii są pochłaniane.

Baterie nie działają od światła słonecznego, ale w zasadzie od światła słonecznego. Promieniowanie elektromagnetyczne dociera do Ziemi o każdej porze roku. Tylko przy pochmurnej pogodzie wytwarza się mniej energii. Na przykład zainstalowaliśmy autonomiczne światła zasilane energią słoneczną. Oczywiście zdarzają się krótkie okresy, kiedy baterie nie mają czasu na pełne naładowanie. Ale ogólnie rzecz biorąc, zimą nie zdarza się to tak często.

Co ciekawe, nawet jeśli śnieg spadnie na panel słoneczny, nadal przetwarza on energię słoneczną. A przez to, że fotokomórki się nagrzewają, sam śnieg topnieje. Zasada jest taka sama jak podgrzewanie szyb w samochodzie.

Idealna zimowa pogoda na baterię słoneczną mroźny bezchmurny dzień. Czasami w takie dni można zorganizować nawet zapisy pokoleniowe.

Zimą wydajność panelu słonecznego spada. W Moskwie i regionie moskiewskim produkuje średnio 8 razy mniej energii elektrycznej miesięcznie. Załóżmy, że latem do działania lodówki, komputera i oświetlenia sufitowego w domu potrzebny jest 1 kW energii, a zimą lepiej zaopatrzyć się w 2 kW, aby zapewnić niezawodność.

Jednocześnie na Dalekim Wschodzie czas nasłonecznienia jest dłuższy, wydajność zmniejsza się tylko od półtora do dwóch razy. I oczywiście im dalej na południe, tym mniejsza różnica między zimą a latem.

Ważny jest również kąt nachylenia modułów. Możesz ustawić kąt uniwersalny na cały rok. I możesz zmieniać się za każdym razem, w zależności od pory roku. Nie robią tego właściciele domu, ale specjaliści, którzy udają się na stronę.

Opcje podłączenia solarnego

Panele słoneczne składają się z kilku pojedynczych paneli. Aby zwiększyć parametry wyjściowe układu w postaci mocy, napięcia i prądu, elementy łączy się ze sobą, stosując prawa fizyki.

Połączenie kilku paneli ze sobą można wykonać za pomocą jednego z trzech schematów montażu paneli słonecznych:

• równoległy;
• spójny;
• mieszany.

Obwód równoległy polega na połączeniu ze sobą zacisków o tej samej nazwie, w których elementy mają dwa wspólne węzły zbieżności przewodów i ich rozgałęzienia.

W obwodzie równoległym plusy są połączone z plusami, a minusy z minusami, w wyniku czego prąd wyjściowy wzrasta, a napięcie wyjściowe pozostaje w granicach 12 woltów

Wartość maksymalnego możliwego prądu wyjściowego w obwodzie równoległym jest wprost proporcjonalna do liczby połączonych elementów. Zasady obliczania ilości podane są w rekomendowanym przez nas artykule.

Szeregowy obwód polega na połączeniu przeciwnych biegunów: „plus” pierwszego panelu z „minusem” drugiego. Pozostały niewykorzystany „plus” drugiego panelu i „minus” pierwszego akumulatora są podłączone do sterownika umieszczonego dalej w obwodzie.

Ten rodzaj połączenia stwarza warunki do przepływu prądu elektrycznego, w którym istnieje tylko jeden sposób przeniesienia nośnika energii ze źródła do odbiorcy.

Przy połączeniu szeregowym napięcie wyjściowe wzrasta i osiąga 24 wolty, co wystarcza do zasilania urządzeń przenośnych, lamp LED i niektórych odbiorników elektrycznych

Obwód szeregowo-równoległy lub mieszany jest najczęściej stosowany, gdy konieczne jest połączenie kilku grup akumulatorów. Stosując ten obwód, można zwiększyć zarówno napięcie, jak i prąd na wyjściu.

W przypadku schematu połączeń szeregowo-równoległych napięcie wyjściowe osiąga znak, którego charakterystyka jest najbardziej odpowiednia do rozwiązywania większości zadań domowych

Ta opcja jest również korzystna w tym sensie, że w przypadku awarii jednego z elementów konstrukcyjnych systemu, inne łańcuchy łączące nadal funkcjonują. To znacznie zwiększa niezawodność całego systemu.

Galeria obrazów

Zdjęcie z

Podłączanie ogniw słonecznych

Ilość paneli w zależności od potrzeb

Szeregowe połączenie urządzeń solarnych

Bezpośrednie podłączenie do opraw oświetleniowych

Zasada montażu obwodu kombinowanego opiera się na tym, że urządzenia w każdej grupie są połączone równolegle. A połączenie wszystkich grup w jednym obwodzie odbywa się sekwencyjnie.

Łącząc różne rodzaje połączeń, złożenie baterii o niezbędnych parametrach nie będzie trudne.Najważniejsze, aby liczba podłączonych ogniw była taka, aby napięcie robocze dostarczane do akumulatorów, biorąc pod uwagę jego spadek w obwodzie ładowania, przekraczało napięcie samych akumulatorów, a jednocześnie prąd obciążenia akumulatora czas zapewnia wymaganą ilość prądu ładowania.