Načelo delovanja in naprava sončnih kolektorjev

Načelo delovanja sončne baterije

Naprava je zasnovana tako, da neposredno pretvarja sončne žarke v električno energijo. To dejanje se imenuje fotoelektrični učinek. Polprevodniki (silicijeve rezine), ki se uporabljajo za izdelavo elementov, imajo pozitivno in negativno nabite elektrone in so sestavljeni iz dveh plasti, n-plasti (-) in p-plasti (+). Odvečni elektroni pod vplivom sončne svetlobe se izločijo iz plasti in zasedajo prazna mesta v drugi plasti. To povzroči, da se prosti elektroni nenehno premikajo, premikajo se z ene plošče na drugo in proizvajajo električno energijo, ki je shranjena v bateriji.

Kako deluje solarna baterija, je v veliki meri odvisno od njene zasnove. Sončne celice so bile prvotno izdelane iz silicija.Še vedno so zelo priljubljeni, a ker je postopek čiščenja silicija precej naporen in drag, se razvijajo modeli z alternativnimi fotocelicami iz spojin kadmija, bakra, galija in indija, vendar so manj produktivni.

Učinkovitost sončnih kolektorjev se je z razvojem tehnologije povečala. Danes se je ta številka z enega odstotka, kolikor so beležili v začetku stoletja, povečala na več kot dvajset odstotkov. To nam danes omogoča, da plošče uporabljamo ne le za domače potrebe, ampak tudi za proizvodnjo.

Specifikacije

Naprava sončne baterije je precej preprosta in je sestavljena iz več komponent:

Neposredno sončne celice / sončna plošča;

Pretvornik, ki pretvarja enosmerni tok v izmenični tok;

Krmilnik nivoja baterije.

Nakup baterij za sončne celice mora temeljiti na zahtevanih funkcijah. Shranjujejo in distribuirajo električno energijo. Skladiščenje in poraba poteka čez dan, ponoči pa se akumulirani naboj le porabi. Tako obstaja stalna in neprekinjena oskrba z energijo.

Prekomerno polnjenje in praznjenje baterije skrajša njeno življenjsko dobo. Krmilnik polnjenja solarne baterije samodejno zaustavi nabiranje energije v bateriji, ko doseže svoje maksimalne parametre, in izklopi obremenitev naprave, ko je močno izpraznjena.

(Tesla Powerwall - 7 kW solarna baterija - in domače polnjenje za električna vozila)

Mrežni pretvornik za sončne kolektorje je najpomembnejši element oblikovanja. Energijo, ki jo prejmejo od sončnih žarkov, pretvarja v izmenični tok različnih zmogljivosti.Kot sinhroni pretvornik združuje izhodno napetost električnega toka v frekvenci in fazi s stacionarnim omrežjem.

Fotocelice so lahko povezane tako zaporedno kot vzporedno. Slednja možnost poveča parametre moči, napetosti in toka ter omogoča, da naprava deluje, tudi če en element izgubi funkcionalnost. Kombinirani modeli so izdelani z uporabo obeh shem. Življenjska doba plošč je približno 25 let.

Izbira sončnih kolektorjev za zasebno hišo

Pred nakupom sončnih kolektorjev za zasebni dom se prepričajte:

• Dnevna poraba električne energije v sobi;
• Mesto za namestitev plošč (usmerjeno proti jugu, na njih pa ne sme biti sence in je treba nastaviti ustrezen kot naklona);
• Baterije postavimo v topel prostor pri tej temperaturi do 25 stopinj Celzija;
• Upoštevajte konične obremenitve električnih naprav;
• Sezonska ali stalna uporaba sistema.

Za regije z visoko svetlobno aktivnostjo so najbolj primerne monokristalne baterije. Za poletno rezidenco ali osebno parcelo, če je načrtovana sezonska uporaba, so najbolj primerni mikromorfni polikristalni modeli. So relativno poceni, dobro zaznavajo razpršeno, stransko svetlobo in delujejo pod kotom v oblačnem vremenu.

Primer izračuna

Primestno območje porabi 3-6 kWh električne energije, vendar je ta številka lahko višja pri uporabi velikega števila električnih naprav ali dodatne razsvetljave doma. Trinadstropna koča porabi od 20 do 50 kWh in celo več. Na podlagi posredovanih informacij bomo naredili izračun.

Energetska intenzivnost koče je 7 kW (vključno z izgubami). Če se hiša nahaja na jugu, kjer je dovolj sončne svetlobe za oskrbo z energijo, bo potrebnih približno 20 baterij. Delovna moč ene plošče je 400 vatov. Ta količina zadostuje za oskrbo z energijo primestnega območja, kjer stalno živi družina s 4-6 ljudmi.

Namestitev

Pri nakupu izdelkov določenega podjetja prejmete podrobne sheme ožičenja in navodila, z lastnimi rokami pa lahko namestite neprekinjeno napajanje in sončne celice. Če pa se ne želite ukvarjati z namestitvijo in konfiguracijo sistemov ali tega še nikoli niste počeli, potem to delo zaupajte strokovnjakom.

Strokovnjaki gredo na gradbišče in v kratkem času izvedejo namestitev in zagon opreme. V povprečju montaža sončne elektrarne traja od enega do štirih dni, odvisno od zahtevnosti sistema, neprekinjeno napajanje pa se namesti v enem do dveh dneh.

Montaža solarnih modulov poteka po vnaprej odobreni shemi in vseh komponent sistema; baterije, krmilniki polnjenja in pretvorniki so nameščeni na priročnem in dostopnem mestu za vas. Elektrarna je enostavna za vzdrževanje. Sončni paneli imajo gladko površino iz posebnega stekla, ki ne dopušča nabiranja snega in prahu. Baterije, ki se uporabljajo za solarne sisteme, ne potrebujejo vzdrževanja in imajo življenjsko dobo do 10 let.

Nasveti

Strokovnjaki dajejo več priporočil, kako pravilno položiti in povezati sončne celice.

Najpogosteje so izdelki, ki uporabljajo alternativne vire energije, nameščeni na strehi ali na stenah stanovanjske konstrukcije, manj pogosto uporabljajo posebne zanesljive podpore.

Vsekakor pa je treba popolnoma izključiti morebitne zatemnitve, to pomeni, da je treba baterije usmeriti tako, da ne padejo v senco visokih dreves in sosednjih zgradb.
Namestitev niza plošč se izvaja v vrstah, njihova razporeditev je vzporedna, v zvezi s tem je izjemno pomembno zagotoviti, da višje vrstice ne mečejo sence na spodnje. Ta zahteva je zelo pomembna, saj popolno ali delno senčenje povzroči zmanjšanje in celo popolno prenehanje kakršne koli proizvodnje energije, poleg tega pa lahko pride do učinka nastanka "povratnih tokov", kar pogosto povzroči okvaro opreme.

Pravilna orientacija na sončno svetlobo je ključnega pomena za učinkovitost in učinkovitost plošč.

Zelo pomembno je, da površina prejme vse možne UV žarke. Pravilna orientacija se izračuna na podlagi podatkov o geografski lokaciji stavbe

Na primer, če so plošče nameščene na severni strani stavbe, morajo biti plošče usmerjene proti jugu.
Enako pomemben je celoten kot naklona konstrukcije, ki ga določa tudi geografska usmerjenost konstrukcije.Strokovnjaki so izračunali, da bi moral ta kazalnik ustrezati zemljepisni širini lokacije hiše, in ker sonce, odvisno od letnega časa, večkrat spremeni svojo lokacijo nad obzorjem, je smiselno razmisliti o prilagoditvi končnega kota namestitve hiše. baterije. Običajno korekcija ne presega 12 stopinj.

• Baterije morajo biti položene tako, da je omogočen prost dostop do njih, saj jih bo treba v hladnem zimskem času občasno očistiti pred napadenim snegom, v topli sezoni pa pred madeži dežja, ki znatno zmanjšajo učinkovitost. uporabe baterij.
• Do danes je v prodaji veliko kitajskih in evropskih modelov sončnih kolektorjev, ki se razlikujejo po ceni, tako da lahko vsak namesti model, ki je optimalen za njegov proračun.

Za zaključek je treba opozoriti, da bo naš planet deležen največje koristi od uporabe sončnih kolektorjev, saj ta vir energije ne povzroča absolutne škode okolju. Če vam je kot potrošniku mar za prihodnost naše Zemlje, potencial njenih zemeljskih virov in ohranjanje naravnih virov, potem so sončni kolektorji najboljša izbira.

Kako namestiti solarno baterijo na streho hiše, si oglejte naslednji video.

Zaključek o temi

Profesionalni pristop k vgradnji sončne elektrarne vam bo omogočil, da upoštevate vse dejavnike, nianse in se izognete nadležnim napakam.

Splošna pravila za namestitev sončnih kolektorjev

Pri nameščanju sončnih kolektorjev je treba upoštevati 5 dejavnikov, katerih kombinacija na koncu določa kraj in način namestitve:

1. Odvajanje toplote
2. Senca
3. Usmerjenost
4. Nagib
5. Razpoložljivost za servis

Kot že omenjeno, ima odvajanje toplote pomembno vlogo pri ohranjanju zmogljivosti baterij. Nujno je treba pustiti prezračevalno režo med ploščo in montažno ravnino in večja kot je, tem bolje. Običajno pri montaži okvirja ali okvirja za montažo modulov med ploščo in ravnino ostane 5-10 centimetrov. Maksimalno prezračevanje je zagotovljeno, če je nameščen na ločen okvir ali palico.

Vsaka senca, ki pade na baterijo z dreves ali zgradb, "izklopi" zasenčeno celico, kar pospeši razgradnjo dragih monokristalnih modulov in popolnoma ustavi proizvodnjo energije v polikristalnih. Proizvajalci ponujajo različne načine za zmanjšanje tveganja "vroče točke" zaradi prekinitve električnega tokokroga, kar je treba upoštevati pri nakupu. A baterijo je bolje namestiti tako, da "trda" senca nikakor ne more pasti nanjo. "Mehka" senca zaradi megle, oblakov ali smoga ne škoduje bateriji, le zmanjša izhodno moč.

Baterijo morate usmeriti proti jugu - tako bo osončenost največja. Vsi drugi načini namestitve so kompromisi in je bolje, da jih ne upoštevate. Nesmiselno bi bilo porabiti več deset tisoč rubljev za nakup modulov, vendar bi bilo nesmiselno baterijo usmeriti ne proti soncu. Zemljevidi insolacije za različne regije Ruske federacije so objavljeni na internetu in javno dostopni. Osrednji pas Rusije se večinoma nahaja v 2. coni insolacije, kjer je od 1 m2. metrov pravilno nameščenega idealnega solarnega modula lahko proizvede do 3 kWh / dan.

Razpoložljivost baterije za hitro čiščenje površine vam omogoča, da to preprosto operacijo izvedete brez sodelovanja strokovnjakov.Pozimi je treba površino osvoboditi snega, poleti - prahu in umazanije zaradi vetra in dežja. Če je v bližini objekt v gradnji, bo treba površino modulov dnevno čistiti. Najlažje to storite s curkom vode iz cevi ali s katero koli krtačo za čiščenje oken.

Kako doseči največjo učinkovitost

Pri nakupu sončnih kolektorjev za vaš dom je zelo pomembno, da izberete obliko, ki lahko vašemu domu zagotovi zadostno moč. Menijo, da je učinkovitost sončnih kolektorjev v oblačnem vremenu približno 40 W na 1 kvadratni meter na uro.

Pravzaprav je v oblačnem vremenu moč svetlobe pri tleh približno 200 vatov na kvadratni meter, vendar je 40 % sončne svetlobe infrardeče sevanje, na katerega sončne celice niso občutljive. Upoštevati je treba tudi, da učinkovitost baterije le redko presega 25%.

Včasih lahko energija intenzivne sončne svetlobe doseže 500 W na kvadratni meter, vendar je treba pri izračunih upoštevati minimalne številke, zaradi česar bo avtonomni sistem napajanja nemoten.

Vsak dan sonce sije v povprečju 9 ur, če vzamemo letno povprečje. V enem dnevu je kvadratni meter površine pretvornika sposoben proizvesti 1 kilovat električne energije. Če prebivalci hiše porabijo približno 20 kilovatov električne energije na dan, mora biti najmanjša površina sončnih kolektorjev približno 40 kvadratnih metrov.

Vendar je takšen kazalnik porabe električne energije v praksi redek. Najemniki bodo praviloma porabili do 10 kW na dan.

Če govorimo o tem, ali sončne celice delujejo pozimi, potem je vredno zapomniti, da se v tem letnem času trajanje dnevne svetlobe močno skrajša, če pa sistem zagotovite z močnimi baterijami, potem mora biti prejeta energija na dan zadostno, ob upoštevanju prisotnosti rezervne baterije.

Pri izbiri solarne baterije je zelo pomembno biti pozoren na kapaciteto baterij. Če potrebujete sončne kolektorje, ki delujejo ponoči, potem igra ključno vlogo zmogljivost rezervne baterije. Prav tako mora biti naprava odporna na pogosto polnjenje.

Prav tako mora biti naprava odporna na pogosto polnjenje.

Kljub dejstvu, da lahko stroški namestitve sončnih kolektorjev presežejo 1 milijon rubljev, se bodo stroški povrnili v nekaj letih, saj je sončna energija popolnoma brezplačna.

Kako deluje solarna baterija

Vsa živa bitja na zemlji so nastala zahvaljujoč sončni energiji. Vsako sekundo pride na površje planeta ogromna količina energije v obliki sončnega sevanja. Medtem ko za ogrevanje domov kurimo na tisoče ton premoga in naftnih derivatov, države, ki so bližje ekvatorju, kopnijo v vročini. Uporaba sončne energije za človeške potrebe je vredna naloga radovednih umov. V tem članku bomo obravnavali zasnovo neposrednega pretvornika sončne svetlobe v električno energijo - sončne celice.

Tanka rezina je sestavljena iz dveh plasti silicija z različnimi fizikalnimi lastnostmi. Notranji sloj je čisti monokristalni silicij z luknjasto prevodnostjo. Zunaj je prekrit z zelo tanko plastjo "kontaminiranega" silicija, na primer s primesjo fosforja.Na hrbtni strani plošče se nanese trden kovinski kontakt. Na meji n- in p-slojev se zaradi prelivanja nabojev tvorijo osiromašene cone z nekompenziranim pozitivnim volumskim nabojem v n-plast in prostorninski negativni naboj v p-sloju. Te cone skupaj tvorijo p-n stičišče.

Potencialna pregrada, ki nastane na stičišču, preprečuje prehod glavnih nosilcev naboja, t.j. elektronov s strani p-sloja, vendar prosto prehajajo manjše nosilce v nasprotnih smereh. Ta lastnost p-n stičišč določa možnost pridobitve foto-emf pri obsevanju sončnih celic s sončno svetlobo. Ko je SC osvetljen, absorbirani fotoni ustvarijo neravnovesne pare elektron-luknja. Elektroni, ki nastanejo v p-plasti blizu p-n stičišča, se približajo p-n stičišču in jih električno polje, ki obstaja v njem, odpelje v n-območje.

Podobno se odvečne luknje, ustvarjene v n-plasti, delno prenesejo v p-plast. Posledično n-plast pridobi dodaten negativni naboj, p-plast pa pozitiven. Začetna kontaktna potencialna razlika med p- in n-plastjo polprevodnika se zmanjša in v zunanjem vezju se pojavi napetost. Negativni pol tokovnega vira ustreza n-plasti, p-plast pa pozitivnemu.

Večina sodobnih sončnih celic ima en sam p-n stičišče. V takem elementu proste nosilce naboja ustvarijo samo tisti fotoni, katerih energija je večja ali enaka pasovni vrzeli. Z drugimi besedami, fotoelektrični odziv ene stične celice je omejen na del sončnega spektra, katerega energija je višja od pasovne vrzeli, fotoni nižje energije pa se ne uporabljajo.To omejitev je mogoče premagati z večplastnimi strukturami dveh ali več SC-jev z različnimi pasovnimi vrzeli. Takšni elementi se imenujejo več križišča, kaskada ali tandem. Ker delujejo z veliko večjim delom sončnega spektra, imajo višjo učinkovitost fotovoltaične pretvorbe. V tipični sončni celici z več stiki so posamezne fotonapetostne celice razporejene ena za drugo tako, da sončna svetloba najprej zadene celico z največjim pasovnim razmikom, medtem ko se fotoni z največjo energijo absorbirajo.

Baterije ne delujejo od sončne svetlobe, ampak od sončne svetlobe načeloma. Elektromagnetno sevanje doseže Zemljo kadar koli v letu. Samo v oblačnem vremenu se proizvede manj energije. Na primer, namestili smo avtonomne luči na sončno energijo. Seveda obstajajo kratka obdobja, ko se baterije nimajo časa popolnoma napolniti. A na splošno se to pozimi ne zgodi tako pogosto.

Zanimivo je, da tudi če sneg zapade na sončno ploščo, ta še vedno pretvarja sončno energijo. In zaradi dejstva, da se fotocelice segrejejo, se sneg sam odtaja. Načelo je enako kot pri ogrevanju stekla v avtomobilu.

Popolno zimsko vreme za sončno baterijo zmrzal dan brez oblačka. Včasih se ob takih dneh lahko uredijo celo generacijski zapisi.

Pozimi se učinkovitost sončne plošče zmanjša. V Moskvi in ​​moskovski regiji v povprečju proizvede 8-krat manj električne energije na mesec. Recimo, da je poleti za delovanje hladilnika, računalnika in nadzemne razsvetljave doma potreben 1 kW energije, pozimi pa je za zanesljivost bolje založiti 2 kW.

Hkrati je na Daljnem vzhodu trajanje sonca daljše, učinkovitost se zmanjša le za pol do dvakrat. In seveda, bolj južneje, manjša je razlika med zimo in poletjem.

Pomemben je tudi kot naklona modulov. Univerzalni kot lahko nastavite za celo leto. In spreminjate lahko vsakič, odvisno od sezone. Tega ne počnejo lastniki hiše, ampak strokovnjaki, ki gredo na mesto.

Možnosti sončne povezave

Sončne celice so sestavljene iz več posameznih panelov. Za povečanje izhodnih parametrov sistema v obliki moči, napetosti in toka so elementi povezani med seboj z uporabo zakonov fizike.

Povezava več plošč med seboj se lahko izvede z eno od treh shem pritrditve solarnih panelov:

• vzporedno;
• dosledno;
• mešano.

Vzporedno vezje vključuje medsebojno povezovanje sponk z istim imenom, v katerem imajo elementi dve skupni vozlišči konvergence prevodnikov in njihovo razvejanje.

Z vzporednim vezjem so plusi povezani s plusi, minusi pa z minusi, zaradi česar se izhodni tok poveča, izhodna napetost pa ostane znotraj 12 voltov.

Vrednost največjega možnega izhodnega toka v vzporednem vezju je neposredno sorazmerna s številom povezanih elementov. Načela za izračun količine so podana v članku, ki ga priporočamo.

Serijsko vezje vključuje povezavo nasprotnih polov: "plus" prve plošče na "minus" druge. Preostali neuporabljeni "plus" druge plošče in "minus" prve baterije sta povezana s krmilnikom, ki se nahaja naprej vzdolž vezja.

Ta vrsta povezave ustvarja pogoje za pretok električnega toka, pri katerem obstaja samo en način prenosa energijskega nosilca od vira do porabnika.

S serijsko povezavo se izhodna napetost poveča in doseže 24 voltov, kar je dovolj za napajanje prenosne opreme, LED svetilk in nekaterih električnih sprejemnikov

Serijsko vzporedno ali mešano vezje se najpogosteje uporablja, ko je treba povezati več skupin baterij. Z uporabo tega vezja se lahko na izhodu povečata tako napetost kot tok.

S serijsko vzporedno povezovalno shemo izhodna napetost doseže oznako, katere značilnosti so najbolj primerne za reševanje večine gospodinjskih opravil

Ta možnost je koristna tudi v smislu, da v primeru okvare enega od strukturnih elementov sistema, druge povezovalne verige še naprej delujejo. To znatno poveča zanesljivost celotnega sistema.

Galerija slik

Fotografija iz

Povezovanje sončnih celic

Število plošč glede na potrebe

Serijska povezava solarnih naprav

Neposredna povezava z razsvetljavo

Načelo sestavljanja kombiniranega vezja temelji na dejstvu, da so naprave znotraj vsake skupine povezane vzporedno. In povezava vseh skupin v enem vezju se izvaja zaporedno.

Z združevanjem različnih vrst povezav ne bo težko sestaviti baterije s potrebnimi parametri. Glavna stvar je, da mora biti število priključenih celic takšno, da delovna napetost, ki se dovaja baterijam, ob upoštevanju njenega padca v polnilnem vezju presega napetost samih baterij, hkrati pa obremenitveni tok baterije čas zagotavlja potrebno količino polnilnega toka.