Принцип рада соларне батерије: како ради и ради соларни панел

Ефикасно претварање слободних сунчевих зрака у енергију која се може користити за напајање домова и других објеката је неговани сан многих апологета зелене енергије.

Али принцип рада соларне батерије и њена ефикасност су такви да о високој ефикасности оваквих система још не треба говорити. Било би лепо да имате сопствени 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 одакле да почнете?

У наставку ћемо вам рећи о дизајну и принципима рада соларног панела; научићете од чега зависи ефикасност соларног система. А видео снимци објављени у чланку ће вам помоћи да саставите соларни панел од фотоћелија сопственим рукама.

Соларни панели: терминологија

Постоји доста нијанси и конфузије у теми „соларне енергије“. Често је почетницима у почетку тешко да разумеју све непознате појмове. Али без тога, неразумно је бавити се соларном енергијом, куповином опреме за генерисање „соларне“ струје.

Несвесно, не само да можете изабрати погрешан панел, већ га једноставно спалити када га повезујете или извући премало енергије из њега.

Прво, требало би да разумете постојеће врсте опреме за соларну енергију. Соларни панели и соларни колектори су два фундаментално различита уређаја. И једни и други претварају енергију сунчевих зрака.

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

Максимални поврат од соларног панела може се постићи само ако се зна како функционише, од којих компоненти и склопова се састоји и како је све правилно повезано

Друга нијанса је концепт појма „соларна батерија“. Обично се реч „батерија“ односи на неку врсту електричног уређаја за складиштење. Или вам пада на памет банални радијатор за грејање. Међутим, у случају соларних батерија ситуација је радикално другачија. Ништа не гомилају у себи.

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

Соларни панели су дизајнирани искључиво за генерисање електричне струје. Он се, пак, акумулира за снабдевање куће електричном енергијом ноћу, када сунце зађе испод хоризонта, већ у батеријама које су додатно присутне у струјном кругу објекта.

Батерија се овде подразумева у контексту одређеног скупа сличних компоненти састављених у једну целину. У ствари, то је само панел од неколико идентичних фотоћелија.

Унутрашња структура соларне батерије

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

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

Свака соларна батерија је дизајнирана као блок од одређеног броја модула, који комбинују серијски повезане полупроводничке фотоћелије. Да бисте разумели принципе рада такве батерије, потребно је разумети рад ове завршне везе у уређају соларног панела, креираног на бази полупроводника.

Врсте кристала фотоћелије

Постоји огроман број ФЕП опција направљених од различитих хемијских елемената. Међутим, већина њих је развој у почетним фазама. До сада се у индустријском обиму тренутно производе само панели направљени од фотонапонских ћелија на бази силицијума.

Силицијумски полупроводници се користе у производњи соларних ћелија због ниске цене, не могу се похвалити посебно високом ефикасношћу

Типична фотоћелија у соларном панелу је танка плоча од два слоја силицијума, од којих сваки има своја физичка својства. Ово је класични полупроводнички п-н спој са паровима електрон-рупа.

Када фотони ударе у фотонапонску ћелију између ових полупроводничких слојева, због нехомогености кристала, формира се фото-ЕМФ капије, што резултира разликом потенцијала и струјом електрона.

Силицијумске плочице соларних ћелија разликују се у технологији производње на:

1. Моноцристаллине.
2. Полицристаллине.

Први имају већу ефикасност, али су трошкови њихове производње већи од оних других. Споља, једна опција се може разликовати од друге на соларном панелу по свом облику.

Монокристалне соларне ћелије имају хомогену структуру, направљене су у облику квадрата са исеченим угловима. Насупрот томе, поликристални елементи имају строго квадратни облик.

Поликристали се добијају постепеним хлађењем растопљеног силицијума. Ова метода је изузетно једноставна, због чега су такве фотоћелије јефтине.

Али њихова продуктивност у смислу производње електричне енергије из сунчевих зрака ретко прелази 15%. То је због „нечистоће“ резултујућих силицијумских плочица и њихове унутрашње структуре. Овде, што је чистији слој п-силицијума, већа је ефикасност соларне ћелије из њега.

Чистоћа монокристала у овом погледу је много већа од чистоће поликристалних аналога. Направљени су не од растопљеног, већ од вештачки узгојеног чврстог кристала силицијума. Коефицијент фотоелектричне конверзије таквих соларних ћелија већ достиже 20-22%.

Појединачне фотоћелије су састављене у заједнички модул на алуминијумском раму, а да би се заштитиле одозго су прекривене издржљивим стаклом које ни на који начин не омета сунчеве зраке

Горњи слој плоче фотоћелије окренут према сунцу направљен је од истог силицијума, али са додатком фосфора. Ово последње ће бити извор вишка електрона у систему пн споја.

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

Принцип рада соларног панела

Када сунчева светлост падне на фотоћелију, у њој се стварају неравнотежни парови електрон-рупа. Вишак електрона и рупа се делимично преноси кроз пн спој из једног слоја полупроводника у други.

Као резултат, напон се појављује у спољном колу. У овом случају се на контакту п-слоја формира позитиван пол извора струје, а на н-слоју негативан пол.

Потенцијална разлика (напон) између контаката фотоћелије настаје услед промене броја „рупа“ и електрона на различитим странама п-н споја као резултат зрачења н-слоја сунчевим зрацима

Фотоћелије повезане са спољним оптерећењем у облику батерије чине са њим зачарани круг. Као резултат тога, соларни панел ради као нека врста точка дуж којег електрони "трче" заједно између протеина. А батерија се постепено пуни.

Стандардни силицијумски фотонапонски претварачи су ћелије са једним спојем.Проток електрона у њих се дешава само кроз један п-н спој са зоном овог прелаза ограниченом енергијом фотона.

То јест, свака таква фотоћелија је способна да генерише електричну енергију само из уског спектра сунчевог зрачења. Сва друга енергија се губи. Због тога је ефикасност ФЕП-а тако ниска.

Да би се повећала ефикасност соларних ћелија, силицијумски полупроводнички елементи за њих су недавно почели да се праве мултиспојници (каскадни). Већ постоји неколико прелаза у новим соларним ћелијама. Штавише, сваки од њих у овој каскади је дизајниран за свој спектар сунчеве светлости.

Укупна ефикасност претварања фотона у електричну струју за такве фотоћелије се на крају повећава. Али њихова цена је много већа. Овде, или једноставност производње уз ниску цену и ниску ефикасност, или већи принос у комбинацији са високим трошковима.

Соларни панел може да ради и лети и зими (потребно му је светло, а не топлота) - што је мање облачно и јаче сунце сија, соларни панел ће генерисати више електричне струје

Током рада, фотоћелија и цела батерија се постепено загревају. Сва енергија која није утрошена за стварање електричне струје претвара се у топлоту. Често температура на површини соларног панела расте до 50–55 °Ц. Али што је већи, фотонапонска ћелија мање ефикасно ради.

Као резултат тога, исти модел соларне батерије генерише мање струје по топлом времену него по хладном времену. Фотоћелије показују максималну ефикасност током ведрог зимског дана. Овде су у игри два фактора - пуно сунца и природно хлађење.

Штавише, ако снег падне на панел, он ће и даље наставити да производи електричну енергију.Штавише, пахуље неће имати времена чак ни да леже на њој, јер су се истопиле од топлоте загрејаних фотоћелија.

Ефикасност соларне батерије

Једна фотоћелија, чак и у подне по ведром времену, производи врло мало струје, довољну само за рад ЛЕД лампе.

Да би се повећала излазна снага, неколико соларних ћелија се комбинује у паралелно коло за повећање једносмерног напона и у серијско коло за повећање струје.

Ефикасност соларних панела зависи од:

• температура ваздуха и саме батерије;
• тачан избор отпора оптерећења;
• угао упада сунчеве светлости;
• присуство / одсуство антирефлексног премаза;
• снага светлосног тока.

Што је температура напољу нижа, то ефикасније раде фотоћелије и соларна батерија у целини. Овде је све једноставно. Али са прорачуном оптерећења ситуација је компликованија. Треба га одабрати на основу струје коју даје панел. Али његова вредност варира у зависности од временских фактора.

Соларни панели се производе са излазним напоном који је вишеструки од 12 В - ако 24 В треба да се напаја батеријом, онда ће два панела морати да буду повезана на њега паралелно

Стално праћење параметара соларне батерије и ручно подешавање њеног рада је проблематично. За ово је боље користити контролни контролер, који аутоматски прилагођава подешавања соларног панела како би се из њега постигле максималне перформансе и оптимални режими рада.

Идеалан угао упада сунчевих зрака на соларну батерију је раван. Међутим, ако је одступање унутар 30 степени у односу на управу, ефикасност панела опада само за око 5%.Али са даљим повећањем овог угла, све већи удео сунчевог зрачења ће се рефлектовати, чиме ће се смањити ефикасност соларне ћелије.

Ако се од батерије захтева да производи максималну енергију лети, онда би требало да буде оријентисана окомито на просечну позицију Сунца, коју заузима на равнодневицама у пролеће и јесен.

За московску област, ово је отприлике 40-45 степени до хоризонта. Ако је зими потребан максимум, онда панел треба поставити у вертикалнији положај.

И још нешто - прашина и прљавштина у великој мери смањују перформансе фотоћелија. Фотони једноставно не допиру до њих кроз такву „прљаву“ баријеру, што значи да нема шта да се претвори у електричну енергију. Панели се морају редовно прати или постављати тако да се прашина сама испере кишом.

Неки соларни панели имају уграђена сочива за концентрисање зрачења на соларну ћелију. У ведрим временским условима то доводи до повећане ефикасности. Међутим, у тешким облацима ова сочива само штете.

Ако конвенционални панел у таквој ситуацији настави да генерише струју, иако у мањим количинама, онда ће модел сочива скоро потпуно престати да ради.

У идеалном случају, сунце би требало равномерно да осветљава батерију фотоћелија. Ако се један од његових делова испостави да је затамњен, онда се неосветљене соларне ћелије претварају у паразитско оптерећење. Не само да у таквој ситуацији не стварају енергију, већ је одузимају и радним елементима.

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

Дијаграм кућног соларног напајања

Систем соларног напајања укључује:

1. Соларни панели.
2. Контролор.
3. Батерије.
4. Инвертер (трансформатор).

Контролер у овом колу штити и соларне панеле и батерије. С једне стране, спречава проток обрнутих струја ноћу и по облачном времену, а са друге штити батерије од претераног пуњења/пражњења.

Пуњиве батерије за соларне панеле треба изабрати исте по старости и капацитету, иначе ће се пуњење / пражњење одвијати неравномерно, што ће довести до наглог смањења њиховог радног века

За трансформацију једносмерне струје од 12, 24 или 48 волти у наизменичну струју од 220 волти потребна вам је инвертер. Батерије за аутомобиле се не препоручују за употребу у таквом колу због њихове неспособности да издрже често пуњење. Најбоље је потрошити новац и купити посебне хелијумске АГМ или преплављене ОПзС батерије.

Закључци и користан видео на тему

Принципи рада и дијаграми повезивања соларних панела није превише тешко разумети. А са видео материјалима које смо прикупили у наставку, биће још лакше разумети све замршености функционисања и уградње соларних панела.

Приступачно је и разумљиво како фотонапонска соларна батерија ради, у свим детаљима:

Погледајте како раде соларни панели у следећем видеу:

Уради сам склоп соларних панела од фотоћелија:

Сваки елемент у соларни енергетски систем викендица мора бити правилно изабрана. Неизбежни губици струје настају у батеријама, трансформаторима и контролеру. И они морају бити сведени на минимум, иначе ће се ионако прилично ниска ефикасност соларних панела свести на нулу.

Да ли сте имали питања током проучавања материјала? Или знате вредне информације о теми чланка и можете их поделити са нашим читаоцима? Молимо оставите своје коментаре у блоку испод.