Princippet for drift af et solcellebatteri: hvordan et solpanel fungerer og fungerer

Effektivt at omdanne frie solstråler til energi, der kan bruges til at drive hjem og andre faciliteter er den elskede drøm for mange grøn energi-apologeter.

Men princippet om drift af solbatteriet og dets effektivitet er sådan, at der ikke er behov for at tale om den høje effektivitet af sådanne systemer endnu. Det ville være rart at have din egen ekstra strømkilde. Er det ikke? Desuden, selv i dag i Rusland, ved hjælp af solpaneler, forsynes et betydeligt antal private husstande med "gratis" elektricitet. Ved du stadig ikke, hvor du skal starte?

Nedenfor vil vi fortælle dig om design og driftsprincipper for et solpanel; du vil lære, hvad effektiviteten af ​​et solcelleanlæg afhænger af. Og videoerne i artiklen hjælper dig med at samle et solpanel fra fotoceller med dine egne hænder.

Solpaneler: terminologi

Der er ret mange nuancer og forvirring i emnet "solenergi". Det er ofte svært for begyndere at forstå alle de ukendte udtryk i starten. Men uden dette er det urimeligt at engagere sig i solenergi og købe udstyr til at generere "solstrøm".

Ubevidst kan du ikke kun vælge det forkerte panel, men også blot brænde det, når du tilslutter det eller trække for lidt energi ud af det.

Først bør du forstå de eksisterende typer udstyr til solenergi. Solpaneler og solfangere er to fundamentalt forskellige enheder. Begge konverterer energien fra solens stråler.

Men i det første tilfælde modtager forbrugeren elektrisk energi ved udgangen, og i det andet termisk energi i form af et opvarmet kølemiddel, dvs. solpaneler bruges til boligopvarmning.

Det maksimale udbytte af et solpanel kan kun opnås ved at vide, hvordan det fungerer, hvilke komponenter og samlinger det består af, og hvordan det hele er tilsluttet korrekt

Den anden nuance er begrebet "solbatteri". Typisk refererer ordet "batteri" til en slags elektrisk lagerenhed. Eller en banal varmeradiator kommer til at tænke på. Men for solcellebatterier er situationen radikalt anderledes. De akkumulerer ikke noget i sig selv.

Solpanelet genererer en konstant elektrisk strøm. For at konvertere den til variabel (bruges i hverdagen), skal en inverter være til stede i kredsløbet

Solpaneler er udelukkende designet til at generere elektrisk strøm. Det akkumuleres til gengæld for at forsyne huset med elektricitet om natten, når solen går under horisonten, allerede i de batterier, der yderligere er til stede i anlæggets energiforsyningskredsløb.

Batteriet her er ment i sammenhæng med et bestemt sæt af lignende komponenter samlet i en enkelt helhed. Faktisk er det blot et panel af flere identiske fotoceller.

Indvendig struktur af et solcellebatteri

Solcellepaneler bliver gradvist billigere og mere effektive.De bruges nu til at genoplade batterier i gadelamper, smartphones, elbiler, private hjem og på satellitter i rummet. De begyndte endda at bygge fuldgyldige solenergianlæg (SPP'er) med store produktionsvolumener.

Et solcellebatteri består af mange fotoceller (fotoelektriske omformere), der omdanner fotonernes energi fra solen til elektricitet

Hvert solcellebatteri er designet som en blok af et vist antal moduler, som kombinerer halvlederfotoceller forbundet i serie. For at forstå principperne for driften af ​​et sådant batteri er det nødvendigt at forstå driften af ​​dette sidste led i solpanelenheden, skabt på basis af halvledere.

Typer af fotocellekrystaller

Der er et stort antal FEP-muligheder lavet af forskellige kemiske elementer. De fleste af dem er dog udviklinger i de indledende faser. Indtil videre er det kun paneler lavet af siliciumbaserede solceller, der i øjeblikket produceres i industriel skala.

Siliciumhalvledere bruges til fremstilling af solceller på grund af deres lave omkostninger; de kan ikke prale af særlig høj effektivitet

En typisk fotocelle i et solpanel er en tynd wafer af to lag silicium, som hver har sine egne fysiske egenskaber. Dette er en klassisk halvleder-p-n-junction med elektron-hul-par.

Når fotoner rammer den fotovoltaiske celle mellem disse halvlederlag, på grund af krystallens inhomogenitet, dannes der et portfoto-EMF, hvilket resulterer i en potentialforskel og en elektronstrøm.

Siliciumskiver af solceller adskiller sig i produktionsteknologi i:

1. Monokrystallinsk.
2. Polykrystallinsk.

Førstnævnte har en højere effektivitet, men omkostningerne ved deres produktion er højere end sidstnævntes. Udvendigt kan en mulighed skelnes fra en anden på et solpanel ved sin form.

Monokrystallinske solceller har en homogen struktur, de er lavet i form af firkanter med afskårne hjørner. I modsætning hertil har polykrystallinske elementer en strengt firkantet form.

Polykrystaller opnås ved gradvis afkøling af smeltet silicium. Denne metode er ekstremt enkel, hvorfor sådanne fotoceller er billige.

Men deres produktivitet med hensyn til at generere elektricitet fra solstråler overstiger sjældent 15 %. Dette skyldes "urenheden" af de resulterende siliciumwafers og deres indre struktur. Her gælder det, at jo renere p-siliciumlaget er, jo højere effektivitet har solcellen fra det.

Renheden af ​​enkeltkrystaller i denne henseende er meget højere end for polykrystallinske analoger. De er ikke lavet af smeltet, men af ​​kunstigt dyrket fast siliciumkrystal. Den fotoelektriske konverteringskoefficient for sådanne solceller når allerede 20-22%.

Individuelle fotoceller er samlet i et fælles modul på en aluminiumsramme, og for at beskytte dem er de ovenpå dækket med slidstærkt glas, som ikke på nogen måde forstyrrer solens stråler

Det øverste lag af fotocellepladen, der vender mod solen, er lavet af samme silicium, men med tilsætning af fosfor. Det er sidstnævnte, der vil være kilden til overskydende elektroner i pn-forbindelsessystemet.

Et reelt gennembrud inden for solenergi var udviklingen af ​​fleksible paneler med amorft fotovoltaisk silicium:

Funktionsprincip for solpanel

Når sollys falder på en fotocelle, genereres ikke-ligevægtige elektron-hul-par i den. Overskydende elektroner og huller overføres delvist gennem pn-forbindelsen fra et lag af halvlederen til et andet.

Som følge heraf vises spænding i det eksterne kredsløb. I dette tilfælde dannes en positiv pol af strømkilden ved kontakten af ​​p-laget og en negativ pol ved n-laget.

Potentialforskellen (spændingen) mellem fotocellens kontakter vises på grund af en ændring i antallet af "huller" og elektroner på forskellige sider af p-n-krydset som følge af bestråling af n-laget med solstråler

Fotoceller forbundet til en ekstern belastning i form af et batteri danner en ond cirkel med det. Som et resultat fungerer solpanelet som en slags hjul, langs hvilket elektroner "løber" sammen mellem proteiner. Og batteriet bliver gradvist opladet.

Standard fotovoltaiske siliciumomformere er celler med enkelt kryds.Strømmen af ​​elektroner ind i dem sker kun gennem en p-n-forbindelse med en zone med denne overgang begrænset i fotonenergi.

Det vil sige, at hver sådan fotocelle kun er i stand til at generere elektricitet fra et snævert spektrum af solstråling. Al anden energi er spildt. Derfor er effektiviteten af ​​FEP så lav.

For at øge effektiviteten af ​​solceller er siliciumhalvlederelementer til dem for nylig begyndt at blive lavet multijunction (kaskade). Der er allerede flere overgange i de nye solceller. Desuden er hver af dem i denne kaskade designet til sit eget spektrum af sollys.

Den samlede effektivitet ved at konvertere fotoner til elektrisk strøm for sådanne fotoceller stiger i sidste ende. Men deres pris er meget højere. Her enten nem fremstilling med lave omkostninger og lav effektivitet, eller højere afkast kombineret med høje omkostninger.

Solpanelet kan fungere både sommer og vinter (det har brug for lys, ikke varme) - jo mindre overskyet og jo stærkere solen skinner, jo mere elektrisk strøm vil solpanelet generere

Under driften opvarmes fotocellen og hele batteriet gradvist. Al den energi, der ikke blev brugt til at generere elektrisk strøm, omdannes til varme. Ofte stiger temperaturen på overfladen af ​​solpanelet til 50–55 °C. Men jo højere den er, jo mindre effektiv fungerer solcellecellen.

Som et resultat genererer den samme model af solcellebatteri mindre strøm i varmt vejr end i koldt vejr. Fotoceller viser maksimal effektivitet på en klar vinterdag. Her er to faktorer på spil – meget sol og naturlig afkøling.

Desuden, hvis sne falder på panelet, vil det stadig fortsætte med at generere elektricitet.Desuden vil snefnuggene ikke engang have tid til at ligge meget på det, efter at de er smeltet fra varmen fra de opvarmede fotoceller.

Solar batteri effektivitet

En fotocelle, selv ved middagstid i klart vejr, producerer meget lidt elektricitet, kun tilstrækkeligt til at betjene en LED-lommelygte.

For at øge udgangseffekten kombineres flere solceller i et parallelkredsløb for at øge jævnspændingen og i et seriekredsløb for at øge strømmen.

Effektiviteten af ​​solpaneler afhænger af:

• temperatur af luften og selve batteriet;
• korrekt valg af belastningsmodstand;
• indfaldsvinkel for sollys;
• tilstedeværelse/fravær af anti-reflekterende belægning;
• lysstrømseffekt.

Jo lavere temperatur udenfor er, jo mere effektive fungerer fotocellerne og solbatteriet som helhed. Alt er enkelt her. Men med belastningsberegning er situationen mere kompliceret. Det bør vælges baseret på den strøm, som panelet leverer. Men dens værdi varierer afhængigt af vejrfaktorer.

Solpaneler produceres med en udgangsspænding, der er et multiplum af 12 V - hvis der skal tilføres 24 V til batteriet, så skal to paneler parallelkobles til det

Konstant overvågning af parametrene for et solbatteri og manuel justering af dets drift er problematisk. Til dette er det bedre at bruge kontrol controller, som automatisk justerer indstillingerne af solpanelet for at opnå maksimal ydeevne og optimale driftstilstande fra det.

Den ideelle indfaldsvinkel for solens stråler på et solbatteri er lige. Men hvis afvigelsen er inden for 30 grader fra vinkelret, falder panelets effektivitet kun med omkring 5%.Men med en yderligere forøgelse af denne vinkel vil en stigende andel af solstrålingen blive reflekteret og derved reducere solcellens effektivitet.

Hvis batteriet skal producere maksimal energi om sommeren, skal det orienteres vinkelret på Solens gennemsnitlige position, som det indtager på jævndøgn om foråret og efteråret.

For Moskva-regionen er dette cirka 40-45 grader til horisonten. Hvis det maksimale er nødvendigt om vinteren, skal panelet placeres i en mere lodret position.

Og en ting mere - støv og snavs reducerer fotocellernes ydeevne i høj grad. Fotoner når dem simpelthen ikke gennem sådan en "beskidt" barriere, hvilket betyder, at der ikke er noget at omdanne til elektricitet. Panelerne skal vaskes regelmæssigt eller placeres, så støvet vaskes af af regnen alene.

Nogle solpaneler har indbyggede linser til at koncentrere strålingen på solcellen. I klart vejr fører dette til øget effektivitet. Men i tunge skyer forårsager disse linser kun skade.

Hvis et konventionelt panel i en sådan situation fortsætter med at generere strøm, om end i mindre mængder, så vil linsemodellen stoppe næsten helt med at fungere.

Solen bør ideelt set belyse et batteri af fotoceller jævnt. Hvis en af ​​dens sektioner viser sig at være mørklagt, bliver de uoplyste solceller til en parasitisk belastning. Ikke alene genererer de ikke energi i en sådan situation, men de tager den også væk fra arbejdselementerne.

Panelerne skal monteres, så der ikke er træer, bygninger eller andre forhindringer i solens stråler.

Hus solenergi forsyning diagram

Solenergisystemet inkluderer:

1. Solpaneler.
2. Controller.
3. Batterier.
4. Inverter (transformator).

Controlleren i dette kredsløb beskytter både solpaneler og batterier. På den ene side forhindrer det tilbagestrømning om natten og i overskyet vejr, og på den anden side beskytter det batterierne mod overdreven opladning/afladning.

Genopladelige batterier til solpaneler bør vælges ens i alder og kapacitet, ellers vil opladning/afladning ske ujævnt, hvilket vil føre til en kraftig reduktion af deres levetid

For at omdanne jævnstrøm på 12, 24 eller 48 volt til vekselstrøm 220 volt skal du bruge inverter. Bilbatterier anbefales ikke til brug i et sådant kredsløb på grund af deres manglende evne til at modstå hyppig genopladning. Det er bedst at bruge penge og købe specielle helium AGM eller oversvømmede OPzS-batterier.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Driftsprincipper og solpaneltilslutningsdiagrammer ikke for svært at forstå. Og med de videomaterialer, vi har samlet nedenfor, vil det være endnu nemmere at forstå alle forviklingerne ved funktionen og installationen af ​​solpaneler.

Det er tilgængeligt og forståeligt, hvordan et solcellebatteri fungerer, i alle dets detaljer:

Se hvordan solpaneler fungerer i følgende video:

DIY solpanel montage fra fotoceller:

Hvert element i solcelleanlæg sommerhus skal vælges rigtigt. Uundgåelige strømtab forekommer i batterierne, transformatorerne og controlleren. Og de skal reduceres til et minimum, ellers vil den allerede ret lave effektivitet af solpaneler blive reduceret til nul.

Havde du spørgsmål, mens du studerede materialet? Eller kender du værdifuld information om artiklens emne og kan dele den med vores læsere? Skriv venligst dine kommentarer i blokken nedenfor.