Efektivní přeměna volných slunečních paprsků na energii, kterou lze využít k napájení bydlení a dalších zařízení, je cenným snem mnoha omluvitelů za zelenou energii.
Princip fungování solární baterie a její účinnost jsou však takové, že není třeba hovořit o vysoké účinnosti takových systémů. Bylo by hezké mít svůj vlastní přídavný zdroj elektřiny. Není to ono? Navíc i dnes v Rusku je pomocí solárních panelů značná část soukromých domácností úspěšně zásobována „bezplatnou“ elektřinou. Stále nevíte, kde začít?
Níže vám povíme o zařízení a zásadách fungování solárního panelu, zjistíte, na čem závisí účinnost solárního systému. A videa zveřejněná v článku pomohou osobně sestavit solární panel z fotobuněk.
Solární panely: terminologie
V předmětu „sluneční energie“ existuje mnoho nuancí a zmatků. Pro začátečníky je často obtížné nejprve pochopit všechny neznámé pojmy. Bez tohoto je však zapojení sluneční energie, získávání zařízení pro generování „solárního“ proudu, nepřiměřené.
Nevědomě si můžete nejen vybrat špatný panel, ale jednoduše ho vypálit při připojení nebo odebrat z něj příliš málo energie.
Galerie Obrázků
Foto z
Instalace ze solárních panelů umožňuje racionální využití volné, nevyčerpatelné energie slunečního světla
Miniaturní elektrárny sestavené ze solárních panelů budou dodávat energii neelektrifikovaným objektům a domům umístěným v regionech s přerušením dodávky elektřiny
Zařízení, která zpracovávají UV záření na elektřinu, zabírají minimální prostor. jsou umístěny na střechách domů, přístaveb, garáží, altánů, verand. Méně často se nacházejí na otevřených plochách neobsazených budovami a výsadbami.
Solární panely jsou nezbytným vybavením pro milovníky cestování. Poskytne energii mimo zdroje energie
Využití sluneční energie poskytne příležitost k výraznému snížení nákladů na údržbu chalup a venkovských domů. můžete sestavit a nainstalovat nákladově efektivní systém bez problémů vlastními rukama
Solární panely umístěné na zádi jachty, na palubě lodi nebo na přídi lodi budou poskytovat elektrickou energii, díky které je možné udržovat stabilní komunikaci s břehem
Přenosný solární panel s baterií eliminuje výskyt extrémních situací daleko od sídel, zaručuje nabíjení mobilních zařízení pro komunikaci s blízkými
Lehké, kompaktní, solárně nabíjené nabíječky speciálně navržené pro turistiku budou pohánět telefony, vysílačky, tablety a mediální technologie
Racionální využívání přírodních zdrojů
Dodávka energie do neelektrifikovaných zařízení
Instalace solárních panelů na střeše
Kempování mobilní solární baterie
Nezávislá instalace v příměstské oblasti
Generátor energie při výletech lodí
Přenosný solární panel s baterií
Minimální prostor šetřící zařízení
Nejprve musíte pochopit existující typy zařízení pro sluneční energii. Solární panely a solární kolektory jsou dvě zásadně odlišná zařízení. Oba transformují energii paprsků slunce.
V prvním případě však spotřebitel přijímá elektrickou energii na výstupu a ve druhém případě tepelnou energii ve formě vyhřívané chladicí kapaliny, tj. Solární panely se používají k vytápění domu.
Maximální návrat ze solárního panelu lze dosáhnout pouze vědomím, jak to funguje, z jakých komponent a komponent se skládá a jak se všechny správně připojují
Druhou nuancí je samotný pojem „solární baterie“. Slovo „baterie“ se obvykle vztahuje na nějaký druh zařízení pro ukládání energie. Nebo na vás přijde banální topný radiátor. V případě solárních baterií je však situace radikálně odlišná. Samy o sobě nehromadí nic.
Solární panel generuje konstantní elektrický proud. Chcete-li ji převést na proměnnou (používanou v každodenním životě), musí být v obvodu přítomen střídač
Solární panely jsou určeny výhradně pro výrobu elektrického proudu. To se zase hromadí, aby v noci zásobovalo dům elektřinou, když slunce klesá nad obzor, již v bateriích přítomných kromě schématu napájení objektu.
Baterie je zde zahrnuta v souvislosti s určitou kombinací stejného typu součástí sestavených do jednoho celku. Ve skutečnosti je to jen panel několika stejných fotobuněk.
Vnitřní struktura solární baterie
Solární panely se postupně stávají levnější a efektivnější. Nyní se používají k dobíjení baterií v pouličních lampách, chytrých telefonech, elektrických automobilech, soukromých domech a satelitech ve vesmíru. Z nich dokonce začali stavět plnohodnotné solární elektrárny (SES) s velkými objemy výroby.
Solární baterie se skládá z mnoha fotobuněk (fotovoltaických konvertorů fotovoltaických článků), které přeměňují energii fotonů ze slunce na elektřinu
Každá solární baterie je uspořádána jako blok n-tého počtu modulů, které kombinují polovodičové fotobuňky zapojené do série. Abychom porozuměli principům fungování takové baterie, je nutné pochopit fungování tohoto posledního článku v zařízení solárních panelů vytvořeném na základě polovodičů.
Druhy krystalů fotobuněk
Existuje mnoho možností pro solární články z různých chemických prvků. Většina z nich je však v počátečních fázích vývoje. V průmyslovém měřítku se zatím vyrábějí pouze solární panely na bázi křemíku.
Křemíkové polovodiče se používají při výrobě solárních článků z důvodu jejich nízkých nákladů a nemohou se chlubit zvláště vysokou účinností
Společným solárním článkem v solárním panelu je tenká deska ze dvou křemíkových vrstev, z nichž každá má své vlastní fyzikální vlastnosti. Jedná se o klasickou polovodičovou křižovatku pn s páry elektronových děr.
Když fotony vstoupí do PEC mezi těmito vrstvami polovodiče v důsledku nehomogenity krystalu, vytvoří se hradlový foto-emf, což má za následek potenciální rozdíl a proud elektronů.
Křemíkové destičky solárních článků se liší ve výrobní technologii pro:
- Monokrystalický.
- Polykrystalický.
První mají vyšší účinnost, ale náklady na jejich výrobu jsou vyšší než náklady na jejich výrobu. Externě lze jednu variantu na solárním panelu odlišit tvarem.
Galerie Obrázků
Foto z
Helio-power station v příměstské oblasti
Monokrystalické solární buňky
Vzhled solárních článků na monokrystalech
Monokrystalická solární jednotka
Dodávka solárního panelu připraveného k instalaci
Polykrystalický solární článek
Polykrystalická baterie solárních článků
Výroba solárních článků pro kutily
Monokrystaly PEC mají homogenní strukturu, jsou vyráběny ve formě čtverců s řezanými rohy. Naopak polykrystalické prvky mají striktně čtvercový tvar.
Polykrystaly se získají postupným ochlazováním roztaveného křemíku. Tato metoda je velmi jednoduchá, proto jsou takové fotobuňky levné.
Produktivita výroby elektřiny ze slunečního záření však zřídka přesahuje 15%. Důvodem je „nečistota“ získaných křemíkových destiček a jejich vnitřní struktura. Čím čistší je p-vrstva křemíku, tím vyšší je účinnost PEC.
Čistota monokrystalů je v tomto ohledu mnohem vyšší než čistota polykrystalických analogů. Nejsou vyrobeny z roztaveného kovu, ale z uměle vypěstovaného celého křemíkového krystalu. Faktor fotovoltaické přeměny takových solárních článků již dosahuje 20-22%.
Ve společném modulu jsou jednotlivé fotobuňky namontovány na hliníkovém rámu a pro jejich ochranu shora jsou uzavřeny trvanlivým sklem, které vůbec nenarušuje sluneční světlo.
Horní vrstva desky solárních článků obrácená ke slunci je vyrobena ze stejného křemíku, ale s přídavkem fosforu. Je to druhý, který bude zdrojem přebytečných elektronů v pn spojovacím systému.
Vývoj flexibilních panelů s amorfním fotoelektrickým křemíkem se stal skutečným průlomem v oblasti využití sluneční energie:
Galerie Obrázků
Foto z
Flexibilní solární varianta
Flexibilní štítek s fotobuňkou na roletách
Flexibilní nabíječka mobilních telefonů
Odolné proti mechanickému namáhání
Princip fungování solárního panelu
Když sluneční světlo dopadne na fotobuňku, vytvoří se v ní páry nevyvážené elektronové díry. Přebytečné elektrony a „díry“ jsou částečně přenášeny přes pn křižovatku z jedné polovodičové vrstvy do druhé.
V důsledku toho se ve vnějším obvodu objeví napětí. V tomto případě je kladný pól zdroje proudu vytvořen na kontaktu p-vrstvy a záporný pól na n-vrstvě.
Potenciální rozdíl (napětí) mezi kontakty fotobuňky se objevuje v důsledku změny počtu „děr“ a elektronů z různých stran p-n křižovatky v důsledku ozáření n-vrstvy slunečními paprsky
Fotobuňky připojené k vnějšímu zatížení ve formě baterie tvoří s ním začarovaný kruh. Výsledkem je, že solární panel funguje jako druh kola, po kterém elektrony „běží“ podél proteinů. A dobíjecí baterie se postupně nabíjí.
Standardní křemíkové fotovoltaické články jsou jednoduché spojovací články. Přenos elektronů do nich nastává pouze prostřednictvím jednoho p-n spojení s zónou tohoto přechodu omezenou fotonovou energií.
To znamená, že každá taková fotobuňka je schopna vyrábět elektřinu pouze z úzkého spektra slunečního záření. Veškerá další energie je zbytečná. Proto je účinnost solárních článků tak nízká.
Aby se zvýšila účinnost solárních článků, byly pro ně nedávno vyrobeny křemíkové polovodičové prvky. V novém FEP již existuje několik přechodů. Kromě toho je každá z nich v této kaskádě navržena pro své vlastní spektrum slunečního světla.
Celková účinnost přeměny fotonů na elektrický proud v takových fotobunkách nakonec vzroste. Ale jejich cena je mnohem vyšší. Zde je buď snadná výroba s nízkými náklady a nízkou účinností, nebo vyšší návratnost spojená s vysokými náklady.
Solární baterie může pracovat jak v létě, tak v zimě (potřebuje světlo, ne teplo) - čím méně zákalu a slunce svítí jasněji, tím více bude solární panel generovat elektrický proud
Během provozu se fotobuňka a celá baterie postupně zahřívají. Veškerá energie, která nepřišla na výrobu elektrického proudu, se přemění na teplo. Teplota na povrchu heliopanelu často stoupá na 50–55 ° С. Čím vyšší je, tím méně fotovoltaický článek funguje.
Výsledkem je, že stejný model solární baterie generuje v proudu méně proudu než v chladném počasí. Fotočlánky vykazují maximální účinnost za jasného zimního dne. Ovlivňují to dva faktory - hodně slunce a přirozené chlazení.
Navíc, pokud sníží na panel sníh, bude i nadále vyrábět elektřinu. Sněhové vločky navíc na to ani nemají čas si lehnout, roztavené z tepla zahřátých fotobuněk.
Účinnost solárních baterií
Jedna fotobuňka i v poledne za jasného počasí vydává docela dost elektřiny, stačí jen na to, aby LED svítilna fungovala.
Pro zvýšení výstupního výkonu je několik solárních článků kombinováno v paralelním obvodu pro zvýšení stejnosměrného napětí a do série pro zvýšení proudové síly.
Účinnost solárních panelů závisí na:
- teplota vzduchu a samotná baterie;
- správný výběr odolnosti proti zatížení;
- úhel dopadu slunečního světla;
- přítomnost / nepřítomnost antireflexního povlaku;
- síla světelného proudu.
Čím nižší je venkovní teplota, tím účinnější jsou fotobuňky a solární baterie jako celek. Všechno je zde jednoduché. Ale s výpočtem zatížení je situace komplikovanější. Měl by být vybrán na základě proudu generovaného panelem. Jeho hodnota se však liší v závislosti na povětrnostních faktorech.
Heliopanely jsou vyráběny s výstupním napětím násobkem 12 V - pokud je pro baterii potřeba 24 V, pak k němu budou muset být připojeny dva panely paralelně
Je problematické neustále sledovat parametry solární baterie a ručně upravovat její provoz. K tomu je lepší použít řídicí jednotku, která automaticky upraví nastavení samotného solárního panelu, aby z něj bylo dosaženo maximálního výkonu a optimálních provozních režimů.
Ideální úhel dopadu slunečních paprsků na sluneční článek je rovný. Pokud je však odchylka do 30 stupňů od kolmice, účinnost panelu klesne pouze kolem 5%. Ale s dalším zvětšením tohoto úhlu se odrazí rostoucí podíl slunečního záření, čímž se sníží účinnost solárních článků.
Pokud se požaduje, aby baterie poskytovala maximální energii v létě, měla by být orientována kolmo k průměrné poloze Slunce, které zabírá ve dnech rovnodennosti na jaře a na podzim.
Pro oblast Moskvy je to přibližně 40–45 stupňů k obzoru. Pokud je v zimě potřeba maximum, měl by být panel umístěn ve svislé poloze.
A ještě jedna věc - prach a nečistoty výrazně snižují výkon solárních článků. Fotony prostřednictvím takové „špinavé“ bariéry je prostě nedosahují, což znamená, že není co přeměnit na elektřinu. Panely musí být pravidelně umývány nebo umisťovány tak, aby se prach sám opláchl deštěm.
Některé solární články mají vestavěné čočky pro soustředění záření na solární články. Za jasného počasí to vede ke zvýšení účinnosti. Při silném oblačnosti však tyto čočky pouze poškozují.
Pokud konvenční panel v takové situaci nadále generuje proud, i když v menších objemech, přestane model čoček fungovat téměř úplně.
V ideálním případě by slunce ze solárních článků mělo být rovnoměrně osvětleno. Pokud se ukáže, že jedna z jejích částí je ztmavnutá, pak se neosvětlená PEC změní na parazitní zátěž. Nejen, že v takové situaci nevyrábí energii, ale také ji odebírají z pracovních prvků.
Panely musí být instalovány tak, aby v cestě sluneční paprsky nebyly žádné stromy, budovy ani jiné překážky.
Schéma napájení domu od slunce
Solární systém zahrnuje:
- Solární panely.
- Ovladač.
- Baterie
- Střídač (transformátor).
Regulátor v tomto obvodu chrání jak solární panely, tak baterie. Na jedné straně zabraňuje proudění zpětných proudů v noci a za oblačného počasí a na druhé straně chrání baterie před nadměrným nabitím / vybitím.
Baterie pro solární panely by měly být vybrány stejně podle věku a kapacity, jinak dojde k nerovnoměrnému nabíjení / vybíjení, což povede k prudkému snížení jejich životnosti
Pro transformaci stejnosměrného proudu 12, 24 nebo 48 V na střídavý 220 V je zapotřebí střídač.Baterie do auta se nedoporučují používat v takovém obvodu z důvodu jejich neschopnosti vydržet časté nabíjení. Nejlepší je utratit peníze a zakoupit speciální helium AGM nebo želé baterie OPzS.
Zásady fungování a schéma zapojení solárních panelů nejsou příliš složité na to, aby jim bylo porozuměno. A s níže uvedenými video materiály, které jsme shromáždili, bude ještě snazší pochopit všechny komplikace fungování a instalace solárních panelů.
Je přístupné a pochopitelné, jak fotovoltaická solární baterie funguje, ve všech detailech:
Jak jsou uspořádány solární panely, viz následující video:
DIY montáž solárního panelu z fotobuněk:
Každý prvek sluneční soustavy chaty musí být správně vybrán. Na bateriích, transformátorech a kontroléru dochází k nevyhnutelným ztrátám energie. A musí být sníženy na minimum, jinak bude dostatečně nízká účinnost solárních panelů obecně snížena na nulu.
Během studia materiálu byly otázky? Nebo znáte cenné informace k tématu článku a můžete je sdělit našim čtenářům? Vaše připomínky prosím zanechte v rámečku níže.