Saulės baterijų veikimo principas ir įtaisas

Saulės baterijos veikimo principas

Prietaisas skirtas tiesiogiai saulės spindulius paversti elektra. Šis veiksmas vadinamas fotoelektriniu efektu. Puslaidininkiai (silicio plokštelės), iš kurių gaminami elementai, turi teigiamo ir neigiamo krūvio elektronus ir susideda iš dviejų sluoksnių – n sluoksnio (-) ir p sluoksnio (+). Saulės šviesos veikiami elektronų perteklius išmušamas iš sluoksnių ir kitame sluoksnyje užima tuščias vietas. Dėl to laisvieji elektronai nuolat juda, juda iš vienos plokštės į kitą, generuodami elektros energiją, kuri kaupiama baterijoje.

Kaip veikia saulės baterija, labai priklauso nuo jo konstrukcijos. Saulės elementai iš pradžių buvo pagaminti iš silicio.Jie vis dar labai populiarūs, tačiau kadangi silicio valymo procesas yra gana sunkus ir brangus, kuriami modeliai su alternatyviais fotoelementais iš kadmio, vario, galio ir indžio junginių, tačiau jie yra mažiau produktyvūs.

Tobulėjant technologijoms išaugo saulės baterijų efektyvumas. Šiandien šis skaičius išaugo nuo vieno procento, kuris buvo užfiksuotas amžiaus pradžioje, iki daugiau nei dvidešimties procentų. Tai leidžia šiandien plokštes naudoti ne tik buitinėms reikmėms, bet ir gamybai.

Specifikacijos

Saulės baterijos įrenginys yra gana paprastas ir susideda iš kelių komponentų:

Tiesiogiai saulės elementai / saulės skydelis;

Inverteris, paverčiantis nuolatinę srovę į kintamąją;

Akumuliatoriaus lygio valdiklis.

Pirkti baterijas saulės kolektoriams reikėtų remtis reikiamomis funkcijomis. Jie kaupia ir skirsto elektrą. Sandėliavimas ir vartojimas vyksta visą dieną, o naktį tik sunaudojamas sukauptas įkrovimas. Taigi yra nuolatinis ir nenutrūkstamas energijos tiekimas.

Per didelis akumuliatoriaus įkrovimas ir iškrovimas sutrumpins jo naudojimo laiką. Saulės baterijos įkrovimo valdiklis automatiškai sustabdo energijos kaupimąsi akumuliatoriuje, kai jis pasiekia maksimalius parametrus, ir išjungia įrenginio apkrovą, kai jis stipriai išsikrauna.

(„Tesla Powerwall“ – 7 kW saulės baterijos baterija – ir elektrinių transporto priemonių įkrovimas namuose)

Saulės kolektorių tinklo inverteris yra svarbiausias dizaino elementas. Jis paverčia energiją, gaunamą iš saulės spindulių, į įvairios talpos kintamąją srovę.Būdamas sinchroninis keitiklis, jis sujungia elektros srovės išėjimo įtampą dažniu ir faze su stacionariu tinklu.

Fotoelementai gali būti jungiami tiek nuosekliai, tiek lygiagrečiai. Pastarasis variantas padidina galios, įtampos ir srovės parametrus bei leidžia įrenginiui veikti net ir vienam elementui praradus funkcionalumą. Kombinuoti modeliai gaminami naudojant abi schemas. Plokščių tarnavimo laikas yra apie 25 metus.

Saulės baterijų pasirinkimas privačiam namui

Prieš pirkdami saulės baterijas privačiam namui, pasidomėkite:

• Kasdienis elektros energijos suvartojimas kambaryje;
• Vieta plokščių montavimui (nukreipta į pietus, ant jų neturėtų būti šešėlio ir turi būti nustatytas atitinkamas pasvirimo kampas);
• Baterijos dedamos į šiltą patalpą, kurios temperatūra yra iki 25 laipsnių Celsijaus;
• Atsižvelgti į didžiausias elektros prietaisų apkrovas;
• Sezoninis arba nuolatinis sistemos naudojimas.

Regionams, kuriuose yra daug šviesos, geriausiai tinka monokristalinės baterijos. Vasaros rezidencijai ar asmeniniam sklypui, jei planuojamas sezoninis naudojimas, geriausiai tinka mikromorfiniai polikristaliniai modeliai. Jie yra palyginti nebrangūs, gerai suvokia išsklaidytą, šoninę šviesą ir veikia kampu debesuotu oru.

Skaičiavimo pavyzdys

Priemiestyje sunaudojama 3-6 kWh elektros energijos, tačiau šis skaičius gali būti didesnis, kai namuose naudojama daug elektros prietaisų ar papildomas apšvietimas. Trijų aukštų kotedžas sunaudoja nuo 20 iki 50 kWh ir net daugiau. Remdamiesi pateikta informacija atliksime skaičiavimą.

Kotedžo energijos intensyvumas 7 kW (su nuostoliais). Jei namas yra pietuose, kur yra pakankamai saulės šviesos energijos tiekimui, tada reikės apie 20 baterijų. Vieno skydelio darbinė galia – 400 vatų. Tokio kiekio pakanka aprūpinti energija priemiesčio zoną, kurioje nuolat gyvena 4-6 asmenų šeima.

Montavimas

Pirkdami konkrečios įmonės gaminius, gausite išsamias elektros instaliacijos schemas ir instrukcijas, savo rankomis galėsite sumontuoti nepertraukiamo maitinimo šaltinius ir saulės baterijas. Bet jei nenorite užsiimti sistemų diegimu ir konfigūravimu arba niekada to nedarėte, patikėkite šį darbą profesionalams.

Specialistai atvyksta į vietą ir per trumpą laiką atlieka įrangos montavimą ir paleidimą. Vidutiniškai saulės elektrinės įrengimas užtrunka nuo vienos iki keturių dienų, priklausomai nuo sistemos sudėtingumo, o nepertraukiamo maitinimo šaltinis – per vieną – dvi dienas.

Saulės modulių montavimas vyksta pagal iš anksto patvirtintą schemą, ir visi sistemos komponentai; baterijos, įkrovimo valdikliai ir keitikliai sumontuoti Jums patogioje ir prieinamoje vietoje. Jėgainę lengva prižiūrėti. Saulės baterijos turi lygų paviršių iš specialaus stiklo, kuris neleidžia kauptis sniegui ir dulkėms. Saulės sistemoms naudojamų baterijų priežiūra nereikalaujama ir jų tarnavimo laikas siekia iki 10 metų.

Patarimai

Specialistai pateikia keletą rekomendacijų, kaip tinkamai išdėstyti ir prijungti saulės baterijas.

Dažniausiai alternatyvius energijos šaltinius naudojantys gaminiai montuojami ant stogo arba ant būsto konstrukcijos sienų, rečiau naudojamos specialios patikimos atramos.

Bet kokiu atveju reikia visiškai pašalinti bet kokius elektros energijos tiekimo sutrikimus, tai yra, baterijos turi būti nukreiptos taip, kad nepatektų į aukštų medžių ir gretimų pastatų šešėlį.
Plokščių komplekto montavimas atliekamas eilėmis, jų išdėstymas yra lygiagretus, todėl labai svarbu užtikrinti, kad aukštesnės eilės nemestų šešėlio ant žemiau esančių. Šis reikalavimas yra labai svarbus, nes visiškas ar dalinis šešėliavimas sumažina ir net visiškai nutraukia bet kokią energijos gamybą, be to, gali atsirasti „atvirkštinių srovių“ susidarymo efektas, dėl kurio dažnai sugenda įranga.

Tinkama orientacija į saulės šviesą yra labai svarbi plokščių efektyvumui ir efektyvumui.

Labai svarbu, kad paviršius gautų visus įmanomus UV spindulius. Teisinga orientacija apskaičiuojama remiantis duomenimis apie geografinę pastato vietą

Pavyzdžiui, jei plokštės montuojamos šiaurinėje pastato pusėje, tai plokštės turi būti orientuotos į pietus.
Ne mažiau svarbus ir bendras konstrukcijos pasvirimo kampas, jį lemia ir geografinė konstrukcijos orientacija.Ekspertai apskaičiavo, kad šis rodiklis turėtų atitikti namo vietos platumą, o kadangi saulė, priklausomai nuo metų laiko, kelis kartus keičia savo vietą virš horizonto, tikslinga apsvarstyti galimybę pakoreguoti galutinį pastato įrengimo kampą. baterijos. Paprastai korekcija neviršija 12 laipsnių.

• Akumuliatoriai turi būti išdėstyti taip, kad būtų galima prie jų laisvai patekti, nes šaltuoju žiemos laiku reikės periodiškai valyti nuo puolančio sniego, o šiltuoju metų laiku - nuo lietaus dėmių, kurios žymiai sumažina efektyvumą. naudojant baterijas.
• Iki šiol parduodama daugybė kiniškų ir europietiškų saulės baterijų modelių, kurių kaina skiriasi, todėl kiekvienas gali sumontuoti savo biudžetui optimalų modelį.

Apibendrinant reikėtų pažymėti, kad mūsų planeta gaus didžiausią naudą iš saulės baterijų naudojimo, nes šis energijos šaltinis nedaro absoliučiai jokios žalos aplinkai. Jei jums, kaip vartotojui, rūpi mūsų Žemės ateitis, jos žemės išteklių potencialas ir gamtos išteklių tausojimas, tuomet saulės baterijos yra geriausias pasirinkimas.

Kaip sumontuoti saulės bateriją ant namo stogo, žiūrėkite šį vaizdo įrašą.

Išvada tema

Profesionalus požiūris į saulės elektrinės įrengimą leis atsižvelgti į visus veiksnius, niuansus ir išvengti erzinančių klaidų.

Bendrosios saulės kolektorių įrengimo taisyklės

Montuojant saulės baterijas būtina atsižvelgti į 5 veiksnius, kurių derinys galiausiai lemia įrengimo vietą ir būdą:

1. Šilumos išsklaidymas
2. Šešėlis
3. Orientacija
4. Nuolydis
5. Prieinamumas paslaugai

Kaip minėta aukščiau, šilumos išsklaidymas atlieka svarbų vaidmenį palaikant baterijų veikimą. Būtina palikti ventiliacijos tarpą tarp plokštės ir montavimo plokštumos, ir kuo jis didesnis, tuo geriau. Paprastai tarp skydo ir plokštumos montuojant rėmą ar rėmą moduliams montuoti paliekama 5-10 centimetrų. Montuojant ant atskiro rėmo ar strypo užtikrinama maksimali ventiliacija.

Bet koks šešėlis, krentantis ant akumuliatoriaus nuo medžių ar pastatų, „išjungia“ užtemdytą elementą, kuris pagreitina brangių vienakristalinių modulių degradaciją ir visiškai sustabdo elektros gamybą polikristaliniuose. Gamintojai siūlo įvairius būdus, kaip sumažinti „karštojo taško“ riziką dėl elektros grandinės nutrūkimo, į kurią reikia atsižvelgti perkant. Bet bateriją geriau montuoti taip, kad ant jo niekaip negalėtų kristi „kietas“ šešėlis. „Švelnus“ šešėlis dėl rūko, debesų ar smogo nekenkia akumuliatoriui, tik sumažina galią.

Akumuliatorių reikia nukreipti į pietus – taip insoliacija bus maksimali. Visi kiti diegimo būdai yra kompromisai, todėl geriau jų nesvarstyti. Būtų neprotinga išleisti dešimtis tūkstančių rublių perkant modulius, tačiau būtų neprotinga bateriją orientuoti ne į saulę. Įvairių Rusijos Federacijos regionų insoliacijos žemėlapiai skelbiami internete ir yra viešai prieinami. Centrinė Rusijos juosta daugiausia yra 2-oje insoliacijos zonoje, kur nuo 1 kv. metrų tinkamai sumontuotas idealus saulės modulis gali pagaminti iki 3 kWh per dieną.

Greitam paviršiaus valymui skirta baterija leidžia atlikti šią paprastą operaciją nedalyvaujant specialistams.Žiemą paviršius turi būti nuvalytas nuo sniego, vasarą - nuo vėjo ir lietaus sukeltų dulkių ir purvo. Jei šalia yra statomas objektas, tuomet modulių paviršių teks valyti kasdien. Lengviausias būdas tai padaryti yra vandens srove iš žarnos arba bet kokiu langų valymo šepečiu.

Kaip pasiekti maksimalų efektyvumą

Perkant saulės baterijas savo namams, labai svarbu pasirinkti tokį dizainą, kuris galėtų suteikti jūsų namams pakankamai galios. Manoma, kad saulės baterijų efektyvumas debesuotu oru yra maždaug 40 W 1 kvadratiniam metrui per valandą.

Tiesą sakant, debesuotame ore šviesos galia žemės lygyje yra maždaug 200 vatų kvadratiniam metrui, tačiau 40% saulės šviesos yra infraraudonoji spinduliuotė, kuriai saulės baterijos nėra jautrios. Taip pat verta atsižvelgti į tai, kad akumuliatoriaus efektyvumas retai viršija 25%.

Kartais intensyvių saulės spindulių energija gali siekti 500 W vienam kvadratiniam metrui, tačiau skaičiuojant reikėtų atsižvelgti į minimalius skaičius, dėl kurių autonominė maitinimo sistema bus nepertraukiama.

Kiekvieną dieną saulė šviečia vidutiniškai 9 valandas, jei imsime metinį vidurkį. Per vieną dieną kvadratinis metras keitiklio paviršiaus gali pagaminti 1 kilovatą elektros energijos. Jei per dieną namo gyventojai suvartoja apie 20 kilovatų elektros energijos, tai minimalus saulės baterijų plotas turėtų būti apie 40 kvadratinių metrų.

Tačiau toks elektros suvartojimo rodiklis praktikoje yra retas. Paprastai nuomininkai naudos iki 10 kW per dieną.

Jei kalbėsime apie tai, ar saulės baterijos veikia žiemą, verta prisiminti, kad šiuo metų laiku dienos šviesos valandų trukmė labai sumažėja, tačiau jei aprūpinate sistemą galingomis baterijomis, tada per dieną gaunama energija turėtų būti pakanka, atsižvelgiant į atsarginės baterijos buvimą.

Renkantis saulės bateriją labai svarbu atkreipti dėmesį į baterijų talpą. Jei jums reikia saulės baterijų, veikiančių naktį, atsarginės baterijos talpa vaidina pagrindinį vaidmenį. Taip pat prietaisas turi būti atsparus dažnam įkrovimui.

Taip pat prietaisas turi būti atsparus dažnam įkrovimui.

Nepaisant to, kad saulės kolektorių įrengimo kaina gali viršyti 1 milijoną rublių, išlaidos atsipirks per kelerius metus, nes saulės energija yra visiškai nemokama.

Kaip veikia saulės baterija

Visi gyvi dalykai žemėje atsirado saulės energijos dėka. Kiekvieną sekundę į planetos paviršių saulės spinduliuotės pavidalu patenka didžiulis energijos kiekis. Kol namams šildyti deginame tūkstančius tonų anglies ir naftos produktų, arčiau pusiaujo esančios šalys merdi karštyje. Panaudoti saulės energiją žmogaus poreikiams yra verta smalsių protų užduotis. Šiame straipsnyje mes apsvarstysime tiesioginio saulės šviesos keitiklio į elektros energiją - saulės elemento - konstrukciją.

Plona plokštelė susideda iš dviejų skirtingų fizinių savybių turinčio silicio sluoksnių. Vidinis sluoksnis yra grynas monokristalinis silicis su skylutiniu laidumu. Išorėje jis padengtas labai plonu „užteršto“ silicio sluoksniu, pavyzdžiui, su fosforo priemaiša. Ant galinės plokštės pusės pritvirtinamas tvirtas metalinis kontaktas.Prie n ir p sluoksnių ribos dėl krūvių perpildymo susidaro išeikvotos zonos su nekompensuotu teigiamu tūriniu krūviu n-sluoksnio ir tūrio neigiamas krūvis p sluoksnyje. Šios zonos kartu sudaro p-n sandūrą.

Potencialus barjeras, atsirandantis sandūroje, neleidžia pereiti pagrindinių krūvininkų, t.y. elektronai iš p-sluoksnio pusės, bet laisvai praleidžia mažuosius nešiklius priešingomis kryptimis. Ši p-n sandūrų savybė lemia galimybę gauti foto-emf apšvitinant saulės elementus saulės šviesa. Kai apšviečiamas SC, absorbuoti fotonai sukuria nepusiausvyras elektronų skylių poras. Elektronai, susidarę p sluoksnyje šalia p-n sandūros, priartėja prie p-n sandūros ir joje esančio elektrinio lauko nuneša į n sritį.

Panašiai perteklinės skylės, sukurtos n sluoksnyje, iš dalies perkeliamos į p sluoksnį. Dėl to n sluoksnis įgyja papildomą neigiamą krūvį, o p sluoksnis – teigiamą. Pradinis kontaktinio potencialo skirtumas tarp puslaidininkio p ir n sluoksnių mažėja, išorinėje grandinėje atsiranda įtampa. Neigiamas srovės šaltinio polius atitinka n sluoksnį, o p sluoksnis – teigiamą.

Dauguma šiuolaikinių saulės elementų turi vieną p-n sandūrą. Tokiame elemente laisvuosius krūvininkus sukuria tik tie fotonai, kurių energija didesnė už juostos tarpą arba jam lygi. Kitaip tariant, vienos jungties elemento fotoelektrinis atsakas apsiriboja ta saulės spektro dalimi, kurios energija yra didesnė už juostos tarpą, o mažesnės energijos fotonai nenaudojami. Šį apribojimą galima įveikti daugiasluoksnėmis dviejų ar daugiau SC struktūromis su skirtingais juostų tarpais.Tokie elementai vadinami kelių sankryžomis, kaskadomis arba tandemu. Kadangi jie dirba su daug didesne saulės spektro dalimi, jie turi didesnį fotovoltinės konversijos efektyvumą. Tipiškame kelių sandūrų saulės elemente pavieniai fotoelementai yra išdėstyti vienas už kito taip, kad saulės šviesa pirmiausia patektų į didžiausią juostos tarpą turintį elementą, o sugertų didžiausią energiją turintys fotonai.

Baterijos veikia ne nuo saulės, o iš esmės nuo saulės spindulių. Elektromagnetinė spinduliuotė žemę pasiekia bet kuriuo metų laiku. Tiesiog debesuotu oru pagaminama mažiau energijos. Pavyzdžiui, įrengėme autonominius saulės energija varomus šviestuvus. Žinoma, būna trumpų laikotarpių, kai baterijos nespėja pilnai įkrauti. Bet apskritai žiemos metu tai ne taip dažnai nutinka.

Įdomu tai, kad net jei sniegas iškrenta ant saulės baterijos, jis vis tiek toliau konvertuoja saulės energiją. O dėl to, kad fotoelementai įkaista, atšyla ir pats sniegas. Principas toks pat kaip ir automobilio stiklo šildymo.

Tobulas žiemos oras saulės baterijos šalčiui be debesų dienai. Kartais tokiomis dienomis galima surengti net kartos rekordus.

Žiemą saulės baterijų efektyvumas krenta. Maskvoje ir Maskvos srityje vidutiniškai per mėnesį pagaminama 8 kartus mažiau elektros energijos. Tarkime, vasarą šaldytuvui, kompiuteriui ir viršutiniam apšvietimui namuose reikia 1 kW energijos, tai žiemą patikimumui geriau sukaupti 2 kW.

Tuo pačiu metu Tolimuosiuose Rytuose saulės spindulių trukmė ilgesnė, efektyvumas sumažėja tik pusantro-du kartus. Ir, žinoma, kuo toliau į pietus, tuo mažesnis skirtumas tarp žiemos ir vasaros.

Svarbus ir modulių pasvirimo kampas. Galite nustatyti universalų kampą visiems metams. Ir jūs galite keisti kiekvieną kartą, priklausomai nuo sezono. Tai daro ne namo savininkai, o į aikštelę vykstantys specialistai.

Saulės energijos prijungimo galimybės

Saulės kolektoriai yra sudaryti iš kelių atskirų plokščių. Norint padidinti sistemos išėjimo parametrus galios, įtampos ir srovės pavidalu, elementai sujungiami vienas su kitu, taikant fizikos dėsnius.

Kelių plokščių sujungimas viena su kita gali būti atliekamas naudojant vieną iš trijų saulės kolektorių montavimo schemų:

• lygiagretus;
• nuoseklus;
• sumaišytas.

Lygiagreti grandinė apima to paties pavadinimo gnybtų sujungimą vienas su kitu, kuriame elementai turi du bendrus laidininkų konvergencijos mazgus ir jų išsišakojimą.

Su lygiagrečia grandine pliusai sujungiami su pliusais, o minusai su minusais, dėl to padidėja išėjimo srovė, o išėjimo įtampa išlieka 12 voltų ribose.

Didžiausios galimos išėjimo srovės vertė lygiagrečioje grandinėje yra tiesiogiai proporcinga prijungtų elementų skaičiui. Kiekio apskaičiavimo principai pateikti mūsų rekomenduojame straipsnyje.

Nuoseklioji grandinė apima priešingų polių sujungimą: pirmojo skydo "pliusas" prie antrojo "minuso". Likęs nepanaudotas antrojo skydelio "pliusas" ir pirmosios baterijos "minusas" yra prijungtas prie valdiklio, esančio toliau grandinėje.

Šio tipo jungtys sukuria sąlygas elektros srovei tekėti, kai yra tik vienas būdas perduoti energijos nešiklį iš šaltinio vartotojui.

Naudojant nuoseklųjį ryšį, išėjimo įtampa padidėja ir pasiekia 24 voltus, kurių pakanka nešiojamai įrangai, LED lempoms ir kai kuriems elektros imtuvams maitinti.

Serijinė lygiagreti arba mišri grandinė dažniausiai naudojama, kai reikia sujungti kelias akumuliatorių grupes. Taikant šią grandinę, išėjime galima padidinti tiek įtampą, tiek srovę.

Naudojant nuosekliojo lygiagretaus jungimo schemą, išėjimo įtampa pasiekia ženklą, kurio charakteristikos yra tinkamiausios daugeliui namų ūkio užduočių.

Ši parinktis naudinga ir ta prasme, kad sugedus vienam iš sistemos konstrukcinių elementų, toliau funkcionuoja kitos jungiamosios grandinės. Tai žymiai padidina visos sistemos patikimumą.

Vaizdų galerija

Nuotrauka iš

Saulės elementų prijungimas

Plokščių skaičius priklauso nuo poreikių

Serijinis saulės energijos prietaisų prijungimas

Tiesioginis prijungimas prie šviestuvų

Kombinuotosios grandinės surinkimo principas grindžiamas tuo, kad kiekvienos grupės įrenginiai yra sujungti lygiagrečiai. Ir visų grupių sujungimas vienoje grandinėje atliekamas nuosekliai.

Sujungus skirtingų tipų jungtis, nebus sunku surinkti reikiamų parametrų akumuliatorių.Svarbiausia, kad prijungtų elementų skaičius būtų toks, kad akumuliatoriams tiekiama darbinė įtampa, atsižvelgiant į jos kritimą įkrovimo grandinėje, viršytų pačių baterijų įtampą, o tuo pačiu ir akumuliatoriaus apkrovos srovę. laikas suteikia reikiamą įkrovimo srovės kiekį.