Princip rada i uređaj solarnih panela

Princip rada solarne baterije

Uređaj je dizajniran da izravno pretvara sunčeve zrake u električnu energiju. Ovo djelovanje naziva se fotoelektrični efekt. Poluvodiči (silicijske pločice), koje se koriste za izradu elemenata, imaju pozitivno i negativno nabijene elektrone i sastoje se od dva sloja, n-sloja (-) i p-sloja (+). Višak elektrona pod utjecajem sunčeve svjetlosti izbacuje se iz slojeva i zauzima prazna mjesta u drugom sloju. To uzrokuje da se slobodni elektroni neprestano kreću, krećući se s jedne ploče na drugu, stvarajući električnu energiju koja je pohranjena u bateriji.

Način rada solarne baterije uvelike ovisi o njenom dizajnu. Solarne ćelije su izvorno napravljene od silicija.Još uvijek su vrlo popularni, ali budući da je proces pročišćavanja silicija prilično naporan i skup, razvijaju se modeli s alternativnim fotoćelijama od spojeva kadmija, bakra, galija i indija, ali su manje produktivni.

Učinkovitost solarnih panela se povećala s razvojem tehnologije. Danas je ta brojka s jedan posto, koliko je zabilježena početkom stoljeća, porasla na više od dvadeset posto. To nam danas omogućuje korištenje ploča ne samo za domaće potrebe, već i za proizvodnju.

Tehnički podaci

Uređaj solarne baterije je prilično jednostavan, a sastoji se od nekoliko komponenti:

Izravno solarne ćelije / solarni panel;

Pretvarač koji istosmjernu struju pretvara u izmjeničnu struju;

Regulator razine baterije.

Kupnja baterija za solarne ploče trebala bi se temeljiti na potrebnim funkcijama. Oni pohranjuju i distribuiraju električnu energiju. Skladištenje i potrošnja odvija se tijekom cijelog dana, a noću se akumulirani naboj samo troši. Dakle, postoji stalna i kontinuirana opskrba energijom.

Prekomjerno punjenje i pražnjenje baterije će skratiti njezin vijek trajanja. Regulator punjenja solarne baterije automatski obustavlja akumulaciju energije u bateriji kada dosegne svoje maksimalne parametre, a isključuje opterećenje uređaja kada je jako ispražnjena.

(Tesla Powerwall - solarna baterija od 7 kW - i kućno punjenje za električna vozila)

Mrežni inverter za solarne panele najvažniji je element dizajna. Energiju primljenu od sunčevih zraka pretvara u izmjeničnu struju različitog kapaciteta.Kao sinkroni pretvarač, kombinira izlazni napon električne struje u frekvenciji i fazi sa stacionarnom mrežom.

Fotoćelije se mogu spojiti i serijski i paralelno. Potonja opcija povećava parametre snage, napona i struje te omogućuje uređaju da radi čak i ako jedan element izgubi funkcionalnost. Kombinirani modeli izrađuju se pomoću obje sheme. Vijek trajanja ploča je oko 25 godina.

Odabir solarnih panela za privatnu kuću

Prije kupnje solarnih panela za privatnu kuću, saznajte:

• Dnevna potrošnja električne energije u sobi;
• Mjesto za ugradnju ploča (usmjereno na jug, dok na njima ne smije biti sjene i treba postaviti odgovarajući kut nagiba);
• Baterije se stavljaju u toplu prostoriju na ovoj temperaturi do 25 stupnjeva Celzija;
• Uzmite u obzir vršna opterećenja električnih uređaja;
• Sezonsko ili trajno korištenje sustava.

Za regije s visokom svjetlosnom aktivnošću, monokristalne baterije su najprikladnije. Za ljetnu rezidenciju ili osobnu parcelu, ako se planira sezonska uporaba, mikromorfni polikristalni modeli su najprikladniji. Relativno su jeftini, dobro percipiraju difuzno, bočno svjetlo i rade pod kutom po oblačnom vremenu.

Primjer izračuna

Prigradsko područje troši 3-6 kWh električne energije, ali ta brojka može biti veća kada se koristi veliki broj električnih uređaja ili dodatna rasvjeta kod kuće. Trokatna vikendica troši od 20 do 50 kWh i više. Na temelju dostavljenih podataka napravit ćemo izračun.

Energetski intenzitet vikendice je 7 kW (uključujući gubitke). Ako se kuća nalazi na jugu, gdje ima dovoljno sunčeve svjetlosti za opskrbu energijom, tada će biti potrebno oko 20 baterija. Radna snaga jedne ploče je 400 vati. Ova količina je dovoljna za opskrbu energijom prigradskog područja u kojem stalno živi obitelj od 4-6 osoba.

Montaža

Kada kupujete proizvode određene tvrtke, dobivate detaljne dijagrame ožičenja i upute, a vlastitim rukama možete instalirati besprekidno napajanje i solarne ploče. Ali ako se ne želite baviti instalacijom i konfiguracijom sustava ili to nikada prije niste radili, povjerite ovaj posao profesionalcima.

Stručnjaci izlaze na gradilište i u kratkom roku izvode montažu i puštanje u rad opreme. U prosjeku, montaža solarne elektrane traje od jednog do četiri dana, ovisno o složenosti sustava, a besprekidno napajanje se ugrađuje u roku od jednog do dva dana.

Ugradnja solarnih modula odvija se prema unaprijed odobrenoj shemi, a sve komponente sustava; baterije, kontroleri punjenja i pretvarači postavljeni su na prikladnom i pristupačnom mjestu za vas. Elektranu je lako održavati. Solarni paneli imaju glatku površinu od posebnog stakla, koje ne dopušta nakupljanje snijega i prašine. Baterije koje se koriste za solarne sustave ne zahtijevaju održavanje i imaju vijek trajanja do 10 godina.

Savjeti

Stručnjaci daju nekoliko preporuka kako pravilno postaviti i spojiti solarne panele.

Najčešće se proizvodi koji koriste alternativne izvore energije montiraju na krov ili na zidove stambene konstrukcije, rjeđe koriste posebne pouzdane nosače.

U svakom slučaju potrebno je potpuno isključiti bilo kakve zamračenja, odnosno baterije treba usmjeriti na način da ne padaju u sjenu visokog drveća i susjednih zgrada.
Postavljanje seta ploča izvodi se u redove, njihov raspored je paralelan, s tim u vezi, iznimno je važno osigurati da viši redovi ne bacaju sjenu na one ispod. Ovaj je zahtjev vrlo važan, jer potpuno ili djelomično zasjenjenje izaziva smanjenje, pa čak i potpuni prestanak bilo kakve proizvodnje energije, osim toga, može doći do učinka stvaranja "obrnutih struja", što često uzrokuje kvar opreme.

Pravilna orijentacija prema sunčevoj svjetlosti ključna je za učinkovitost i djelotvornost panela.

Vrlo je važno da površina prima sve moguće UV zrake. Ispravna orijentacija izračunava se na temelju podataka o geografskom položaju zgrade

Na primjer, ako su ploče postavljene na sjevernoj strani zgrade, tada ploče trebaju biti orijentirane na jug.
Jednako je važan i ukupni kut nagiba konstrukcije, također je određen zemljopisnom orijentacijom građevine.Stručnjaci su izračunali da bi ovaj pokazatelj trebao odgovarati zemljopisnoj širini lokacije kuće, a budući da sunce, ovisno o godišnjem dobu, nekoliko puta mijenja svoj položaj iznad horizonta, ima smisla razmisliti o prilagodbi konačnog kuta ugradnje baterije. Obično korekcija ne prelazi 12 stupnjeva.

• Baterije moraju biti postavljene na način da im se omogući slobodan pristup, jer će ih u hladnom zimskom vremenu biti potrebno povremeno čistiti od napadajućeg snijega, au toploj sezoni - od mrlja od kiše, što značajno smanjuje učinkovitost korištenja baterija.
• Do danas je u prodaji mnogo kineskih i europskih modela solarnih panela, koji se razlikuju po cijeni, tako da svatko može instalirati model koji je optimalan za njihov proračun.

Zaključno, treba napomenuti da će naš planet dobiti najveću korist od korištenja solarnih panela, budući da ovaj izvor energije ne uzrokuje apsolutno nikakvu štetu okolišu. Ako vam je kao potrošaču stalo do budućnosti naše Zemlje, potencijala njezinih zemljišnih resursa i očuvanja prirodnih resursa, onda su solarni paneli najbolji izbor.

Kako instalirati solarnu bateriju na krov kuće, pogledajte sljedeći video.

Zaključak o temi

Profesionalni pristup instalaciji solarne elektrane omogućit će vam da uzmete u obzir sve čimbenike, nijanse i izbjegnete dosadne pogreške.

Opća pravila za ugradnju solarnih panela

Prilikom postavljanja solarnih panela potrebno je uzeti u obzir 5 čimbenika, čija kombinacija u konačnici određuje mjesto i način ugradnje:

1. Odvođenje topline
2. Sjena
3. Orijentacija
4. Nagib
5. Dostupnost za servis

Kao što je gore spomenuto, rasipanje topline igra važnu ulogu u održavanju performansi baterija. Obavezno je ostaviti ventilacijski razmak između ploče i ravnine ugradnje, a što je veći, to bolje. Obično, pri montaži okvira ili okvira za montažu modula između ploče i ravnine, ostaje 5-10 centimetara. Maksimalna ventilacija je osigurana kada se montira na zasebni okvir ili šipku.

Svaka sjena koja padne na bateriju s drveća ili zgrada "isključuje" zasjenjenu ćeliju, što ubrzava degradaciju skupih monokristalnih modula i potpuno zaustavlja proizvodnju energije u polikristalnim. Proizvođači nude različite načine za minimiziranje rizika od "hot spota" zbog prekida električnog kruga, što se mora uzeti u obzir pri kupnji. Ali bateriju je bolje ugraditi na način da na nju ni na koji način ne može pasti "tvrda" sjena. "Mekana" sjena zbog magle, oblaka ili smoga ne šteti bateriji, samo smanjuje izlaznu snagu.

Bateriju trebate orijentirati na jug - tako će insolacija biti maksimalna. Sve ostale metode ugradnje su kompromisi i bolje ih je ne uzeti u obzir. Bilo bi nerazumno potrošiti desetke tisuća rubalja na kupnju modula, ali bi bilo nerazumno orijentirati bateriju ne na sunce. Karte insolacije za različite regije Ruske Federacije objavljene su na Internetu i javno dostupne. Središnji pojas Rusije uglavnom se nalazi u 2. zoni insolacije, gdje je od 1 m2. metara pravilno instaliranog idealnog solarnog modula može proizvesti do 3 kWh / dan.

Dostupnost baterije za brzo čišćenje površine omogućuje vam izvođenje ove jednostavne operacije bez uključivanja stručnjaka.Zimi se površina mora osloboditi snijega, ljeti - prašine i prljavštine uzrokovane vjetrom i kišom. Ako se u blizini nalazi objekt u izgradnji, tada će se površina modula morati svakodnevno čistiti. Najlakši način da to učinite je mlazom vode iz crijeva ili bilo kojom četkom za čišćenje prozora.

Kako postići maksimalnu učinkovitost

Kada kupujete solarne panele za svoj dom, vrlo je važno odabrati dizajn koji vašem domu može osigurati dovoljno energije. Vjeruje se da je učinkovitost solarnih panela po oblačnom vremenu otprilike 40 W po 1 četvornom metru na sat.

Zapravo, po oblačnom vremenu, svjetlosna snaga na razini tla je otprilike 200 vata po četvornom metru, ali 40% sunčeve svjetlosti čini infracrveno zračenje, kojem solarni paneli nisu osjetljivi. Također je vrijedno uzeti u obzir da učinkovitost baterije rijetko prelazi 25%.

Ponekad energija intenzivne sunčeve svjetlosti može doseći 500 W po četvornom metru, ali izračuni trebaju uzeti u obzir minimalne brojke, što će autonomni sustav napajanja učiniti neprekidnim.

Svaki dan sunce sija u prosjeku 9 sati, ako uzmemo godišnji prosjek. U jednom danu kvadratni metar površine pretvarača može proizvesti 1 kilovat električne energije. Ako stanari kuće dnevno potroše oko 20 kilovata električne energije, tada bi minimalna površina solarnih panela trebala biti otprilike 40 četvornih metara.

Međutim, takav pokazatelj potrošnje električne energije u praksi je rijedak. Stanari će u pravilu trošiti do 10 kW dnevno.

Ako govorimo o tome rade li solarni paneli zimi, onda je vrijedno zapamtiti da je u ovo doba godine trajanje dnevnog svjetla uvelike smanjeno, ali ako sustavu date snažne baterije, tada bi energija primljena dnevno trebala biti dovoljno, uzimajući u obzir prisutnost rezervne baterije.

Prilikom odabira solarne baterije vrlo je važno obratiti pažnju na kapacitet baterija. Ako su vam potrebni solarni paneli koji rade noću, tada ključnu ulogu igra kapacitet rezervne baterije. Također, uređaj mora biti otporan na često punjenje.

Također, uređaj mora biti otporan na često punjenje.

Unatoč činjenici da trošak ugradnje solarnih panela može premašiti milijun rubalja, troškovi će se isplatiti u roku od nekoliko godina, budući da je solarna energija apsolutno besplatna.

Kako radi solarna baterija

Sva živa bića na Zemlji nastala su zahvaljujući sunčevoj energiji. Svake sekunde ogromna količina energije dolazi na površinu planeta u obliku sunčevog zračenja. Dok mi sagorijevamo tisuće tona ugljena i naftnih derivata za grijanje svojih domova, zemlje bliže ekvatoru čame na vrućini. Koristiti energiju sunca za ljudske potrebe vrijedan je zadatak za radoznale umove. U ovom članku ćemo razmotriti dizajn izravnog pretvarača sunčeve svjetlosti u električnu energiju - solarne ćelije.

Tanka pločica se sastoji od dva sloja silicija s različitim fizikalnim svojstvima. Unutarnji sloj je čisti monokristalni silicij s vodljivošću rupa. Izvana je prekriven vrlo tankim slojem "kontaminiranog" silicija, na primjer, s primjesom fosfora.Čvrsti metalni kontakt nanosi se na stražnju stranu ploče. Na granici n- i p-slojeva, kao rezultat prelijevanja naboja, nastaju osiromašene zone s nekompenziranim pozitivnim volumnim nabojem u n-negativni naboj sloja i volumena u p-sloju. Ove zone zajedno tvore p-n spoj.

Potencijalna barijera koja nastaje na spoju sprječava prolaz većinskih nositelja naboja, t.j. elektrona sa strane p-sloja, ali slobodno prolaze manje nositelje u suprotnim smjerovima. Ovo svojstvo p-n spojeva određuje mogućnost dobivanja foto-emf pri zračenju solarnih ćelija sunčevom svjetlošću. Kada je SC osvijetljen, apsorbirani fotoni stvaraju neravnotežne parove elektron-rupa. Elektroni generirani u p-sloju u blizini p-n spoja približavaju se p-n spoju i odvode se u n-područje pomoću električnog polja koje postoji u njemu.

Slično, višak rupa stvorenih u n-sloju djelomično se prenosi na p-sloj. Kao rezultat toga, n-sloj dobiva dodatni negativni naboj, a p-sloj dobiva pozitivan. Početna razlika potencijala kontakta između p- i n-sloja poluvodiča se smanjuje, a u vanjskom krugu se pojavljuje napon. Negativan pol izvora struje odgovara n-sloju, a p-sloj pozitivnom.

Većina modernih solarnih ćelija ima jedan p-n spoj. U takvom elementu slobodne nositelje naboja stvaraju samo oni fotoni čija je energija veća ili jednaka pojasu. Drugim riječima, fotoelektrični odgovor jedne spojne ćelije ograničen je na dio sunčevog spektra čija je energija veća od pojasa, a fotoni niže energije se ne koriste.Ovo ograničenje može se prevladati višeslojnim strukturama od dva ili više SC-a s različitim razmacima u pojasu. Takvi elementi nazivaju se višeslojni, kaskada ili tandem. Budući da rade s mnogo većim dijelom sunčevog spektra, imaju veću učinkovitost fotonaponske pretvorbe. U tipičnoj solarnoj ćeliji s više spojeva, pojedinačne fotonaponske ćelije su raspoređene jedna iza druge na način da sunčeva svjetlost najprije udara u ćeliju s najvećim razmakom, dok se fotoni s najvećom energijom apsorbiraju.

Baterije ne rade od sunčeve svjetlosti, nego od sunčeve svjetlosti u principu. Elektromagnetno zračenje dopire do Zemlje u bilo koje doba godine. Samo po oblačnom vremenu proizvodi se manje energije. Na primjer, postavili smo autonomna svjetla na solarni pogon. Naravno, postoje kratka razdoblja kada se baterije nemaju vremena za potpuno punjenje. Ali općenito se to tijekom zime ne događa tako često.

Zanimljivo je da čak i ako snijeg padne na solarni panel, on i dalje nastavlja pretvarati sunčevu energiju. A zbog činjenice da se fotoćelije zagrijavaju, sam snijeg se otapa. Princip je isti kao zagrijavanje stakla automobila.

Savršeno zimsko vrijeme za sunčani dan bez oblaka. Ponekad se u takve dane mogu dogovoriti čak i generacijski zapisi.

Zimi, učinkovitost solarnog panela pada. U Moskvi i Moskovskoj regiji u prosjeku proizvodi 8 puta manje električne energije mjesečno. Recimo da je ljeti za rad hladnjaka, računala i gornje rasvjete kod kuće potrebno 1 kW energije, a zimi je za pouzdanost bolje opskrbiti 2 kW.

Istodobno, na Dalekom istoku trajanje sunčanja je duže, učinkovitost je smanjena za samo jedan i pol do dva puta. I, naravno, što južnije, razlika između zime i ljeta je manja.

Važan je i kut nagiba modula. Možete postaviti univerzalni kut za cijelu godinu. A možete mijenjati svaki put, ovisno o godišnjem dobu. To ne rade vlasnici kuće, već stručnjaci koji odlaze na mjesto.

Mogućnosti solarne veze

Solarni paneli se sastoje od nekoliko pojedinačnih panela. Kako bi se povećali izlazni parametri sustava u obliku snage, napona i struje, elementi su međusobno povezani, primjenjujući zakone fizike.

Spajanje nekoliko panela jedan na drugi može se izvesti pomoću jedne od tri sheme montaže solarnih panela:

• paralelno;
• dosljedan;
• mješoviti.

Paralelni krug uključuje međusobno povezivanje terminala istog imena, u kojem elementi imaju dva zajednička čvora konvergencije vodiča i njihovo grananje.

Uz paralelni krug, plusevi su spojeni na pluseve, a minusi na minuse, zbog čega se izlazna struja povećava, a izlazni napon ostaje unutar 12 volti

Vrijednost najveće moguće izlazne struje u paralelnom krugu izravno je proporcionalna broju spojenih elemenata. Načela za izračun količine navedena su u članku koji preporučujemo.

Serijski krug uključuje spajanje suprotnih polova: "plus" prve ploče na "minus" druge. Preostali neiskorišteni "plus" druge ploče i "minus" prve baterije spojeni su na kontroler koji se nalazi dalje duž strujnog kruga.

Ova vrsta veze stvara uvjete za protok električne struje, u kojoj postoji samo jedan način prijenosa energetskog nosača od izvora do potrošača.

Uz serijsku vezu, izlazni napon raste i doseže 24 volta, što je dovoljno za napajanje prijenosne opreme, LED svjetiljki i nekih električnih prijemnika

Serijski paralelni ili mješoviti krug najčešće se koristi kada je potrebno spojiti nekoliko skupina baterija. Primjenom ovog kruga mogu se povećati i napon i struja na izlazu.

Uz shemu serijsko-paralelnog povezivanja, izlazni napon doseže oznaku, čije su karakteristike najprikladnije za rješavanje većine kućanskih zadataka

Ova opcija je također korisna u smislu da u slučaju kvara jednog od strukturnih elemenata sustava, ostali spojni lanci nastavljaju funkcionirati. To značajno povećava pouzdanost cijelog sustava.

Galerija slika

Fotografija iz

Povezivanje solarnih ćelija

Broj panela ovisno o potrebama

Serijsko povezivanje solarnih uređaja

Izravna veza na rasvjetna tijela

Princip sastavljanja kombiniranog kruga temelji se na činjenici da su uređaji unutar svake skupine spojeni paralelno. A povezivanje svih skupina u jednom krugu provodi se uzastopno.

Kombinirajući različite vrste priključaka, neće biti teško sastaviti bateriju s potrebnim parametrima. Glavna stvar je da broj spojenih ćelija treba biti takav da radni napon koji se dovodi do baterija, uzimajući u obzir njegov pad u krugu punjenja, premašuje napon samih baterija, a istovremeno i struju opterećenja baterije vrijeme osigurava potrebnu količinu struje punjenja.