Saules paneļu darbības princips un ierīce

Saules baterijas darbības princips

Ierīce ir paredzēta, lai tieši pārvērstu saules starus elektrībā. Šo darbību sauc par fotoelektrisko efektu. Pusvadītāji (silīcija plāksnītes), ko izmanto elementu izgatavošanai, ir ar pozitīviem un negatīviem lādētiem elektroniem un sastāv no diviem slāņiem, n-slāņa (-) un p-slāņa (+). Liekie elektroni saules gaismas ietekmē tiek izsisti no slāņiem un ieņem tukšas vietas citā slānī. Tas izraisa brīvo elektronu nepārtrauktu kustību, pārvietojoties no vienas plāksnes uz otru, radot elektrību, kas tiek uzkrāta akumulatorā.

Saules baterijas darbība lielā mērā ir atkarīga no tā konstrukcijas. Saules baterijas sākotnēji tika izgatavotas no silīcija.Tie joprojām ir ļoti populāri, taču, tā kā silīcija attīrīšanas process ir diezgan darbietilpīgs un dārgs, tiek izstrādāti modeļi ar alternatīviem fotoelementiem no kadmija, vara, gallija un indija savienojumiem, taču tie ir mazāk produktīvi.

Saules paneļu efektivitāte ir palielinājusies līdz ar tehnoloģiju attīstību. Mūsdienās šis rādītājs ir pieaudzis no viena procenta, kas tika fiksēts gadsimta sākumā, līdz vairāk nekā divdesmit procentiem. Tas ļauj šodien paneļus izmantot ne tikai sadzīves vajadzībām, bet arī ražošanā.

Specifikācijas

Saules baterijas ierīce ir diezgan vienkārša, un tā sastāv no vairākiem komponentiem:

Tieši saules baterijas / saules panelis;

Invertors, kas pārvērš līdzstrāvu maiņstrāvā;

Akumulatora līmeņa kontrolieris.

Pērkot baterijas saules paneļiem, jābalstās uz nepieciešamajām funkcijām. Viņi uzglabā un sadala elektroenerģiju. Uzglabāšana un patēriņš notiek visu dienu, un naktī uzkrātā maksa tiek tikai patērēta. Tādējādi notiek pastāvīga un nepārtraukta enerģijas piegāde.

Pārmērīga akumulatora uzlāde un izlāde saīsinās tā kalpošanas laiku. Saules bateriju uzlādes kontrolieris automātiski aptur enerģijas uzkrāšanos akumulatorā, kad tas ir sasniedzis maksimālos parametrus, un izslēdz ierīces slodzi, kad tā ir stipri izlādējusies.

(Tesla Powerwall — 7KW saules paneļa akumulators — un mājas uzlāde elektriskajiem transportlīdzekļiem)

Saules paneļu tīkla invertors ir vissvarīgākais dizaina elements. Tas pārveido no saules stariem saņemto enerģiju dažādas jaudas maiņstrāvā.Tā kā tas ir sinhronais pārveidotājs, tas apvieno elektriskās strāvas izejas spriegumu frekvencē un fāzē ar stacionāru tīklu.

Fotoelementus var savienot gan virknē, gan paralēli. Pēdējā iespēja palielina jaudas, sprieguma un strāvas parametrus un ļauj ierīcei darboties pat tad, ja viens elements zaudē funkcionalitāti. Kombinētie modeļi tiek izgatavoti, izmantojot abas shēmas. Plākšņu kalpošanas laiks ir aptuveni 25 gadi.

Saules paneļu izvēle privātmājai

Pirms pērkat saules paneļus privātmājai, noskaidrojiet:

• Ikdienas elektrības patēriņš telpā;
• Vieta paneļu uzstādīšanai (virzīta uz dienvidiem, kamēr uz tiem nedrīkst būt ēna un jānosaka atbilstošs slīpuma leņķis);
• Baterijas ievieto siltā telpā ar šo temperatūru līdz 25 grādiem pēc Celsija;
• Ņem vērā elektroierīču maksimālās slodzes;
• Sezonāla vai pastāvīga sistēmas izmantošana.

Reģioniem ar augstu gaismas aktivitāti vislabāk piemērotas monokristāliskas baterijas. Vasaras rezidencei vai personīgajam zemes gabalam, ja tiek plānota sezonāla izmantošana, vislabāk ir piemēroti mikromorfiski polikristāliski modeļi. Tie ir salīdzinoši lēti, labi uztver izkliedēto, sānu gaismu un darbojas slīpi mākoņainā laikā.

Aprēķinu piemērs

Piepilsētas teritorijā patērē 3-6 kWh elektroenerģijas, taču šis rādītājs var būt lielāks, ja mājās tiek izmantots liels skaits elektroierīču vai papildu apgaismojums. Trīsstāvu māja patērē no 20 līdz 50 kWh un pat vairāk. Pamatojoties uz sniegto informāciju, mēs veiksim aprēķinu.

Kotedžas energointensitāte ir 7 kW (ar zudumiem). Ja māja atrodas dienvidos, kur ir pietiekami daudz saules gaismas enerģijas piegādei, tad vajadzēs apmēram 20 baterijas. Viena paneļa darba jauda ir 400 vati. Ar šo daudzumu pietiek, lai apgādātu ar enerģiju piepilsētas rajonu, kurā pastāvīgi dzīvo 4-6 cilvēku ģimene.

Uzstādīšana

Pērkot konkrēta uzņēmuma produktus, jūs saņemat detalizētas elektroinstalācijas shēmas un instrukcijas, kā arī ar savām rokām varat uzstādīt nepārtrauktās barošanas avotus un saules paneļus. Bet, ja nevēlaties nodarboties ar sistēmu uzstādīšanu un konfigurēšanu vai nekad iepriekš neesat to darījis, tad uzticiet šo darbu profesionāļiem.

Speciālisti dodas uz objektu un īsā laikā veic iekārtu uzstādīšanu un nodošanu ekspluatācijā. Vidēji saules elektrostacijas uzstādīšana ilgst no vienas līdz četrām dienām atkarībā no sistēmas sarežģītības, un nepārtrauktās barošanas bloks tiek uzstādīts vienas līdz divu dienu laikā.

Saules moduļu uzstādīšana notiek pēc iepriekš apstiprinātas shēmas, un visas sistēmas sastāvdaļas; akumulatori, uzlādes kontrolleri un pārveidotāji ir uzstādīti Jums ērtā un pieejamā vietā. Elektrostaciju ir viegli uzturēt. Saules paneļiem ir gluda virsma no speciāla stikla, kas neļauj uzkrāties sniegam un putekļiem. Saules sistēmām izmantotajām baterijām nav nepieciešama apkope, un to kalpošanas laiks ir līdz 10 gadiem.

Padomi

Speciālisti sniedz vairākus ieteikumus, kā pareizi ieklāt un savienot saules paneļus.

Visbiežāk produkti, kas izmanto alternatīvos enerģijas avotus, tiek montēti uz jumta vai mājokļu būvniecības sienām, retāk tiek izmantoti īpaši uzticami balsti.

Jebkurā gadījumā ir pilnībā jāizslēdz jebkādi strāvas padeves pārtraukumi, tas ir, akumulatoriem jābūt orientētiem tā, lai tie neietilpst augstu koku un blakus esošo ēku ēnā.
Plākšņu komplekta uzstādīšana tiek veikta rindās, to izvietojums ir paralēls, saistībā ar to ir ārkārtīgi svarīgi nodrošināt, lai augstākās rindas nemestu ēnu uz zemāk esošajām. Šī prasība ir ļoti svarīga, jo pilnīga vai daļēja ēnošana izraisa jebkādas enerģijas ražošanas samazināšanos un pat pilnīgu pārtraukšanu, turklāt var rasties "reverso strāvu" veidošanās efekts, kas bieži izraisa aprīkojuma bojājumus.

Pareiza orientācija uz saules gaismu ir ļoti svarīga paneļu efektivitātei un efektivitātei.

Ir ļoti svarīgi, lai virsma saņemtu visus iespējamos UV starus. Pareizā orientācija tiek aprēķināta, pamatojoties uz datiem par ēkas ģeogrāfisko atrašanās vietu

Piemēram, ja paneļi ir montēti ēkas ziemeļu pusē, tad paneļiem jābūt orientētiem uz dienvidiem.
Tikpat svarīgs ir kopējais konstrukcijas slīpuma leņķis, to nosaka arī konstrukcijas ģeogrāfiskā orientācija.Eksperti aprēķināja, ka šim rādītājam jāatbilst mājas atrašanās vietas platuma grādiem, un, tā kā saule atkarībā no gada laika vairākas reizes maina savu atrašanās vietu virs horizonta, ir lietderīgi apsvērt iespēju pielāgot galīgo uzstādīšanas leņķi. baterijas. Parasti korekcija nepārsniedz 12 grādus.

• Akumulatori jānovieto tā, lai tiem būtu brīva piekļuve, jo aukstajā ziemas laikā tie periodiski būs jātīra no uzbrūkoša sniega, bet siltajā sezonā - no lietus traipiem, kas ievērojami samazina efektivitāti. bateriju izmantošana.
• Līdz šim pārdošanā ir daudz Ķīnas un Eiropas saules paneļu modeļu, kuru izmaksas atšķiras, tāpēc ikviens var uzstādīt savam budžetam optimālo modeli.

Noslēgumā jāatzīmē, ka mūsu planēta gūs vislielāko labumu no saules paneļu izmantošanas, jo šis enerģijas avots nenodara absolūti nekādu kaitējumu videi. Ja jums kā patērētājam rūp mūsu Zemes nākotne, tās zemes resursu potenciāls un dabas resursu saglabāšana, tad saules paneļi ir labākā izvēle.

Kā uzstādīt saules bateriju uz mājas jumta, skatiet šo videoklipu.

Secinājums par tēmu

Profesionāla pieeja saules elektrostacijas uzstādīšanai ļaus ņemt vērā visus faktorus, nianses un izvairīties no kaitinošām kļūdām.

Vispārīgi noteikumi saules paneļu uzstādīšanai

Uzstādot saules paneļus, jāņem vērā 5 faktori, kuru kombinācija galu galā nosaka uzstādīšanas vietu un metodi:

1. Siltuma izkliedēšana
2. Ēna
3. Orientēšanās
4. Slīpums
5. Pieejamība pakalpojumam

Kā minēts iepriekš, siltuma izkliedēšanai ir svarīga loma akumulatoru veiktspējas uzturēšanā. Starp paneli un uzstādīšanas plakni obligāti jāatstāj ventilācijas sprauga, un jo lielāka tā ir, jo labāk. Parasti, montējot rāmi vai rāmi moduļu montāžai starp paneli un plakni, atstāj 5-10 centimetrus. Uzstādot uz atsevišķa rāmja vai stieņa, tiek nodrošināta maksimālā ventilācija.

Jebkura ēna, kas krīt uz akumulatora no kokiem vai ēkām, "izslēdz" ēnoto šūnu, kas paātrina dārgu vienkristālu moduļu noārdīšanos un pilnībā aptur elektroenerģijas ražošanu polikristāliskajos. Ražotāji piedāvā dažādus veidus, kā samazināt “karstā punkta” risku elektriskās ķēdes pārtraukuma dēļ, kas jāņem vērā, pērkot. Bet labāk ir uzstādīt akumulatoru tā, lai "cietā" ēna uz to nekādā veidā nevarētu uzkrist. "Mīksta" ēna miglas, mākoņu vai smoga dēļ nekaitē akumulatoram, tā tikai samazina jaudu.

Jums ir jāorientē akumulators uz dienvidiem - tā insolācija būs maksimāla. Visas pārējās instalēšanas metodes ir kompromisi, un tos labāk neņemt vērā. Būtu nesaprātīgi tērēt desmitiem tūkstošu rubļu moduļu iegādei, bet būtu nesaprātīgi orientēt akumulatoru nevis pret sauli. Insolācijas kartes dažādiem Krievijas Federācijas reģioniem tiek publicētas internetā un ir publiski pieejamas. Krievijas centrālā josla galvenokārt atrodas 2. insolācijas zonā, kur no 1 kv. metrus pareizi uzstādīts ideāls saules modulis var saražot līdz 3 kWh/dienā.

Akumulatora pieejamība ātrai virsmas tīrīšanai ļauj veikt šo vienkāršo darbību bez speciālistu iesaistīšanas.Ziemā virsma jāatbrīvo no sniega, vasarā - no vēja un lietus radītajiem putekļiem un netīrumiem. Ja tuvumā atrodas būvniecības objekts, tad moduļu virsma būs jātīra katru dienu. Vienkāršākais veids, kā to izdarīt, ir ar ūdens strūklu no šļūtenes vai jebkuras logu tīrīšanas birstes.

Kā sasniegt maksimālu efektivitāti

Pērkot saules paneļus savam mājoklim, ir ļoti svarīgi izvēlēties tādu dizainu, kas spēj nodrošināt jūsu mājokli ar pietiekamu jaudu. Tiek uzskatīts, ka saules paneļu efektivitāte mākoņainā laikā ir aptuveni 40 W uz 1 kvadrātmetru stundā.

Faktiski mākoņainā laikā gaismas jauda zemes līmenī ir aptuveni 200 vati uz kvadrātmetru, bet 40% saules gaismas ir infrasarkanais starojums, pret kuru saules paneļi nav jutīgi. Ir arī vērts ņemt vērā, ka akumulatora efektivitāte reti pārsniedz 25%.

Dažkārt intensīvas saules gaismas enerģija var sasniegt 500 W uz kvadrātmetru, taču aprēķinos jāņem vērā minimālie skaitļi, kas padarīs autonomo barošanas sistēmu nepārtrauktu.

Katru dienu saule spīd vidēji 9 stundas, ja ņemam gada vidējo. Vienas dienas laikā pārveidotāja virsmas kvadrātmetrs spēj saražot 1 kilovatu elektroenerģijas. Ja mājas iedzīvotāji dienā patērē aptuveni 20 kilovatus elektroenerģijas, tad saules paneļu minimālajai platībai jābūt aptuveni 40 kvadrātmetriem.

Taču šāds elektroenerģijas patēriņa rādītājs praksē ir reti sastopams. Parasti īrnieki izmantos līdz 10 kW dienā.

Ja runājam par to, vai saules paneļi strādā ziemā, tad der atcerēties, ka šajā gadalaikā dienasgaismas stundu ilgums ir krietni samazināts, bet, ja sistēmu nodrošina ar jaudīgām baterijām, tad dienā saņemtajai enerģijai vajadzētu būt pietiekams, ņemot vērā rezerves akumulatora esamību.

Izvēloties saules bateriju, ļoti svarīgi ir pievērst uzmanību bateriju kapacitātei. Ja jums ir nepieciešami saules paneļi, kas darbojas naktī, tad galvenā loma ir rezerves akumulatora jaudai. Tāpat ierīcei jābūt izturīgai pret biežu uzlādi.

Tāpat ierīcei jābūt izturīgai pret biežu uzlādi.

Neskatoties uz to, ka saules paneļu uzstādīšanas izmaksas var pārsniegt 1 miljonu rubļu, izmaksas atmaksāsies dažu gadu laikā, jo saules enerģija ir pilnīgi bez maksas.

Kā darbojas saules baterija

Visas dzīvās būtnes uz zemes radās, pateicoties saules enerģijai. Katru sekundi uz planētas virsmas nonāk milzīgs enerģijas daudzums saules starojuma veidā. Kamēr mēs sadedzinām tūkstošiem tonnu ogļu un naftas produktu, lai apsildītu savas mājas, valstis, kas atrodas tuvāk ekvatoram, nīkuļo karstumā. Saules enerģijas izmantošana cilvēku vajadzībām ir zinātkāro prātu cienīgs uzdevums. Šajā rakstā mēs apsvērsim tiešā saules gaismas pārveidotāja elektroenerģijā - saules baterijas - dizainu.

Plānā vafele sastāv no diviem silīcija slāņiem ar dažādām fizikālajām īpašībām. Iekšējais slānis ir tīrs vienkristāla silīcijs ar caurumu vadītspēju. Ārpus tas ir pārklāts ar ļoti plānu "piesārņota" silīcija kārtu, piemēram, ar fosfora piejaukumu. Plāksnes aizmugurē ir uzlikts ciets metāla kontakts.Uz n- un p-slāņu robežas lādiņu pārplūdes rezultātā veidojas noplicinātas zonas ar nekompensētu pozitīvo tilpuma lādiņu n-slānis un tilpums negatīvs lādiņš p-slānī. Šīs zonas kopā veido p-n krustojumu.

Potenciālā barjera, kas rodas krustojumā, neļauj iziet cauri galvenajiem lādiņnesējiem, t.i. elektronus no p-slāņa sāniem, bet brīvi šķērso mazākos nesējus pretējos virzienos. Šī p-n savienojumu īpašība nosaka iespēju iegūt foto-emf, apstarojot saules baterijas ar saules gaismu. Kad SC ir izgaismots, absorbētie fotoni ģenerē nelīdzsvarotus elektronu caurumu pārus. Elektroni, kas ģenerēti p-slānī pie p-n savienojuma, tuvojas p-n savienojumam un tiek pārnesti uz n-apgabalu ar tajā esošā elektriskā lauka palīdzību.

Līdzīgi liekie caurumi, kas izveidoti n-slānī, tiek daļēji pārnesti uz p-slāni. Rezultātā n-slānis iegūst papildu negatīvu lādiņu, bet p-slānis iegūst pozitīvu. Sākotnējā kontakta potenciāla starpība starp pusvadītāja p- un n-slāņiem samazinās, un ārējā ķēdē parādās spriegums. Strāvas avota negatīvais pols atbilst n-slānim, bet p-slānim - pozitīvajam.

Lielākajai daļai mūsdienu saules bateriju ir viens p-n savienojums. Šādā elementā brīvos lādiņu nesējus rada tikai tie fotoni, kuru enerģija ir lielāka vai vienāda ar joslas spraugu. Citiem vārdiem sakot, vienas savienojuma šūnas fotoelektriskā reakcija ir ierobežota ar to saules spektra daļu, kuras enerģija ir augstāka par joslas atstarpi, un netiek izmantoti fotoni ar zemāku enerģiju. Šo ierobežojumu var pārvarēt, izmantojot divu vai vairāku SC daudzslāņu struktūras ar dažādām joslu spraugām.Šādus elementus sauc par vairāku krustojumu, kaskādi vai tandēmu. Tā kā tie strādā ar daudz lielāku saules spektra daļu, tiem ir augstāka fotoelementu pārveidošanas efektivitāte. Tipiskā daudzpunktu saules baterijā atsevišķi fotoelementi ir izvietoti viens aiz otra tā, lai saules gaisma vispirms nonāktu šūnā ar vislielāko joslas atstarpi, savukārt fotoni ar lielāko enerģiju tiek absorbēti.

Baterijas nedarbojas no saules gaismas, bet principā no saules gaismas. Elektromagnētiskais starojums sasniedz zemi jebkurā gada laikā. Tikai mākoņainā laikā tiek saražots mazāk enerģijas. Piemēram, uzstādījām autonomas ar saules enerģiju darbināmas gaismas. Protams, ir īsi periodi, kad akumulatoriem nav laika pilnībā uzlādēt. Bet kopumā ziemas laikā tas nenotiek tik bieži.

Interesanti, ka pat tad, ja uz saules paneļa nokrīt sniegs, tas joprojām turpina pārveidot saules enerģiju. Un sakarā ar to, ka fotoelementi uzsilst, sniegs pats atkūst. Princips ir tāds pats kā automašīnas stikla sildīšanai.

Ideāli ziemas laikapstākļi saules baterijas salnai bez mākoņiem. Reizēm šādās dienās var sarīkot pat paaudžu rekordus.

Ziemā saules paneļa efektivitāte samazinās. Maskavā un Maskavas reģionā vidēji mēnesī tas saražo 8 reizes mazāk elektroenerģijas. Teiksim, vasarā ledusskapja, datora un gaisvadu apgaismojuma darbībai mājās nepieciešams 1 kW enerģijas, tad ziemā uzticamības labad labāk uzkrāt 2 kW.

Tajā pašā laikā Tālajos Austrumos saules spīdēšanas ilgums ir ilgāks, efektivitāte samazinās tikai pusotru līdz divas reizes. Un, protams, jo tālāk uz dienvidiem, jo ​​mazāka ir atšķirība starp ziemu un vasaru.

Svarīgs ir arī moduļu slīpuma leņķis. Universālo leņķi var iestatīt visam gadam. Un jūs varat mainīt katru reizi, atkarībā no sezonas. To nedara mājas īpašnieki, bet gan speciālisti, kas dodas uz objektu.

Saules pieslēguma iespējas

Saules paneļi sastāv no vairākiem atsevišķiem paneļiem. Lai palielinātu sistēmas izejas parametrus jaudas, sprieguma un strāvas veidā, elementi tiek savienoti viens ar otru, piemērojot fizikas likumus.

Vairāku paneļu savienošanu savā starpā var veikt, izmantojot vienu no trim saules paneļu montāžas shēmām:

• paralēli;
• konsekventa;
• sajaukts.

Paralēlā ķēde ietver tāda paša nosaukuma spaiļu savienošanu viens ar otru, kurā elementiem ir divi kopīgi vadītāju konverģences mezgli un to atzarojumi.

Ar paralēlu ķēdi plusi tiek savienoti ar plusiem, bet mīnusi - ar mīnusiem, kā rezultātā palielinās izejas strāva un izejas spriegums paliek 12 voltu robežās.

Maksimālās iespējamās izejas strāvas vērtība paralēlā ķēdē ir tieši proporcionāla pievienoto elementu skaitam. Daudzuma aprēķināšanas principi ir sniegti mūsu ieteiktajā rakstā.

Seriālā ķēde ietver pretējo polu savienojumu: pirmā paneļa "plus" ar otrā paneļa "mīnusu". Atlikušais neizmantotais otrā paneļa "pluss" un pirmā akumulatora "mīnuss" ir savienots ar kontrolieri, kas atrodas tālāk gar ķēdi.

Šāda veida savienojums rada apstākļus elektriskās strāvas plūsmai, kurā ir tikai viens veids, kā pārnest enerģijas nesēju no avota uz patērētāju.

Izmantojot seriālo savienojumu, izejas spriegums palielinās un sasniedz 24 voltus, kas ir pietiekami, lai darbinātu portatīvās iekārtas, LED lampas un dažus elektriskos uztvērējus

Sērijveida paralēlā vai jauktā ķēde visbiežāk tiek izmantota, ja nepieciešams savienot vairākas akumulatoru grupas. Izmantojot šo ķēdi, izejā var palielināt gan spriegumu, gan strāvu.

Ar virknes paralēlo savienojuma shēmu izejas spriegums sasniedz atzīmi, kuras īpašības ir vispiemērotākās, lai atrisinātu lielāko daļu mājsaimniecības uzdevumu

Šī iespēja ir izdevīga arī tādā ziņā, ka viena no sistēmas konstrukcijas elementiem atteices gadījumā turpina darboties citas savienojošās ķēdes. Tas ievērojami palielina visas sistēmas uzticamību.

Attēlu galerija

Foto no

Saules bateriju savienošana

Paneļu skaits atkarībā no vajadzībām

Saules iekārtu seriālais pieslēgums

Tiešs savienojums ar apgaismes ķermeņiem

Kombinētās shēmas montāžas princips ir balstīts uz to, ka ierīces katrā grupā ir savienotas paralēli. Un visu grupu savienošana vienā ķēdē tiek veikta secīgi.

Apvienojot dažāda veida savienojumus, nebūs grūti salikt akumulatoru ar nepieciešamajiem parametriem.Galvenais, lai pieslēgto elementu skaitam būtu jābūt tādam, lai akumulatoriem piegādātais darba spriegums, ņemot vērā tā kritumu lādēšanas ķēdē, pārsniegtu pašu akumulatoru spriegumu un tajā pašā laikā akumulatora slodzes strāvu. laiks nodrošina nepieciešamo uzlādes strāvas daudzumu.