Prinsip operasi bateri solar: cara panel solar berfungsi dan berfungsi

Menukarkan sinaran matahari bebas secara berkesan kepada tenaga yang boleh digunakan untuk menjana kuasa rumah dan kemudahan lain adalah impian ramai pengamal tenaga hijau.

Tetapi prinsip operasi bateri solar dan kecekapannya adalah sedemikian rupa sehingga tidak perlu bercakap tentang kecekapan tinggi sistem sedemikian lagi. Alangkah baiknya jika anda mempunyai sumber elektrik tambahan anda sendiri. bukan? Lebih-lebih lagi, walaupun hari ini di Rusia, dengan bantuan panel solar, sejumlah besar isi rumah persendirian berjaya dibekalkan dengan elektrik "percuma". Masih tak tahu nak mula dari mana?

Di bawah ini kami akan memberitahu anda tentang reka bentuk dan prinsip operasi panel solar; anda akan mengetahui apa yang bergantung kepada kecekapan sistem suria. Dan video yang disiarkan dalam artikel itu akan membantu anda memasang panel solar dari fotosel dengan tangan anda sendiri.

Panel solar: istilah

Terdapat banyak nuansa dan kekeliruan dalam topik "tenaga suria". Selalunya sukar bagi pemula untuk memahami semua istilah yang tidak dikenali pada mulanya. Tetapi tanpa ini, adalah tidak munasabah untuk melibatkan diri dalam tenaga solar, membeli peralatan untuk menjana arus "solar".

Tanpa disedari, anda bukan sahaja boleh memilih panel yang salah, tetapi juga hanya membakarnya apabila menyambungkannya atau mengekstrak terlalu sedikit tenaga daripadanya.

Pertama, anda harus memahami jenis peralatan sedia ada untuk tenaga suria. Panel solar dan pengumpul solar adalah dua peranti yang berbeza secara asasnya. Kedua-duanya menukarkan tenaga sinaran matahari.

Walau bagaimanapun, dalam kes pertama, pengguna menerima tenaga elektrik pada output, dan dalam kedua, tenaga haba dalam bentuk penyejuk yang dipanaskan, i.e. panel solar digunakan untuk pemanasan rumah.

Pulangan maksimum daripada panel solar hanya boleh diperolehi dengan mengetahui cara ia berfungsi, komponen dan pemasangan apa yang mengandunginya, dan cara ia semua disambungkan dengan betul

Nuansa kedua ialah konsep istilah "bateri solar". Biasanya, perkataan "bateri" merujuk kepada beberapa jenis peranti storan elektrik. Atau radiator pemanasan cetek terlintas di fikiran. Walau bagaimanapun, dalam kes bateri solar keadaannya berbeza secara radikal. Mereka tidak mengumpul apa-apa dalam diri mereka.

Panel solar menghasilkan arus elektrik yang berterusan. Untuk menukarnya kepada pembolehubah (digunakan dalam kehidupan seharian), penyongsang mesti ada dalam litar

Panel solar direka bentuk semata-mata untuk menjana arus elektrik. Ia, seterusnya, terkumpul untuk membekalkan rumah dengan elektrik pada waktu malam, apabila matahari terbenam di bawah ufuk, sudah berada di dalam bateri yang juga terdapat dalam litar bekalan tenaga kemudahan itu.

Bateri di sini dimaksudkan dalam konteks set tertentu komponen serupa yang dipasang menjadi satu keseluruhan. Malah, ia hanyalah panel beberapa fotosel yang serupa.

Struktur dalaman bateri solar

Secara beransur-ansur, panel solar menjadi lebih murah dan lebih cekap.Mereka kini digunakan untuk mengecas semula bateri dalam lampu jalan, telefon pintar, kereta elektrik, rumah persendirian dan pada satelit di angkasa. Mereka juga mula membina loji tenaga solar (SPP) sepenuhnya dengan jumlah penjanaan yang besar.

Bateri suria terdiri daripada banyak fotosel (penukar fotoelektrik) yang menukar tenaga foton daripada matahari kepada elektrik

Setiap bateri solar direka bentuk sebagai blok bilangan modul tertentu, yang menggabungkan fotosel semikonduktor yang disambungkan secara bersiri. Untuk memahami prinsip operasi bateri sedemikian, adalah perlu untuk memahami operasi pautan akhir ini dalam peranti panel solar, yang dibuat berdasarkan semikonduktor.

Jenis-jenis hablur fotosel

Terdapat sejumlah besar pilihan FEP yang dibuat daripada unsur kimia yang berbeza. Namun, kebanyakannya adalah perkembangan pada peringkat awal. Setakat ini, hanya panel yang diperbuat daripada sel fotovoltaik berasaskan silikon yang dihasilkan pada skala industri.

Semikonduktor silikon digunakan dalam pembuatan sel suria kerana kosnya yang rendah; mereka tidak boleh membanggakan kecekapan yang sangat tinggi

Fotosel tipikal dalam panel solar ialah wafer nipis dua lapisan silikon, yang setiap satunya mempunyai sifat fizikalnya sendiri. Ini ialah simpang p-n semikonduktor klasik dengan pasangan lubang elektron.

Apabila foton mengenai sel fotovoltaik di antara lapisan semikonduktor ini, disebabkan ketidakhomogenan kristal, foto-EMF gerbang terbentuk, menghasilkan beza keupayaan dan arus elektron.

Wafer silikon sel suria berbeza dalam teknologi pembuatan kepada:

1. Monocrystalline.
2. Polihabluran.

Yang pertama mempunyai kecekapan yang lebih tinggi, tetapi kos pengeluaran mereka lebih tinggi daripada yang kedua. Secara luaran, satu pilihan boleh dibezakan dari yang lain pada panel solar dengan bentuknya.

Sel solar monokristalin mempunyai struktur homogen, ia dibuat dalam bentuk segi empat sama dengan sudut potong. Sebaliknya, unsur polihabluran mempunyai bentuk segi empat tepat.

Polihablur diperolehi dengan penyejukan beransur-ansur silikon cair. Kaedah ini sangat mudah, itulah sebabnya fotosel sedemikian adalah murah.

Tetapi produktiviti mereka dari segi penjanaan elektrik daripada sinaran suria jarang melebihi 15%. Ini disebabkan oleh "kekotoran" wafer silikon yang terhasil dan struktur dalamannya. Di sini, lebih tulen lapisan p-silikon, lebih tinggi kecekapan sel suria daripadanya.

Ketulenan kristal tunggal dalam hal ini adalah lebih tinggi daripada analog polihabluran. Mereka dibuat bukan daripada cair, tetapi daripada kristal silikon pepejal yang ditanam secara buatan. Pekali penukaran fotoelektrik sel solar tersebut sudah mencapai 20-22%.

Fotosel individu dipasang ke dalam modul biasa pada bingkai aluminium, dan untuk melindunginya ia ditutup dengan kaca tahan lama, yang tidak sama sekali mengganggu sinaran matahari.

Lapisan atas plat fotosel yang menghadap matahari dibuat daripada silikon yang sama, tetapi dengan penambahan fosforus. Ia adalah yang terakhir yang akan menjadi sumber elektron berlebihan dalam sistem simpang pn.

Kejayaan sebenar dalam bidang tenaga suria ialah pembangunan panel fleksibel dengan silikon fotovoltaik amorf:

Prinsip operasi panel solar

Apabila cahaya matahari jatuh pada fotosel, pasangan lubang elektron tidak seimbang terhasil di dalamnya. Lebihan elektron dan lubang dipindahkan sebahagiannya melalui persimpangan pn dari satu lapisan semikonduktor ke lapisan yang lain.

Akibatnya, voltan muncul dalam litar luaran. Dalam kes ini, kutub positif sumber semasa terbentuk pada sentuhan lapisan-p, dan kutub negatif pada lapisan-n.

Beza keupayaan (voltan) antara kenalan fotosel muncul disebabkan oleh perubahan dalam bilangan "lubang" dan elektron pada sisi berbeza simpang p-n akibat penyinaran lapisan n dengan sinaran suria

Photocells yang disambungkan kepada beban luaran dalam bentuk bateri membentuk lingkaran ganas dengannya. Akibatnya, panel solar berfungsi seperti sejenis roda di mana elektron "berjalan" bersama antara protein. Dan bateri secara beransur-ansur mendapat cas.

Penukar fotovoltaik silikon standard ialah sel simpang tunggal.Aliran elektron ke dalamnya berlaku hanya melalui satu persimpangan p-n dengan zon peralihan ini terhad dalam tenaga foton.

Iaitu, setiap fotosel tersebut mampu menjana elektrik hanya dari spektrum sinaran suria yang sempit. Semua tenaga lain dibazirkan. Itulah sebabnya kecekapan FEP sangat rendah.

Untuk meningkatkan kecekapan sel suria, unsur semikonduktor silikon untuknya baru-baru ini mula dibuat berbilang julat (lata). Sudah terdapat beberapa peralihan dalam sel solar baharu. Lebih-lebih lagi, setiap daripada mereka dalam lata ini direka untuk spektrum cahaya matahari sendiri.

Jumlah kecekapan menukar foton kepada arus elektrik untuk fotosel tersebut akhirnya meningkat. Tetapi harga mereka jauh lebih tinggi. Di sini, sama ada kemudahan pembuatan dengan kos rendah dan kecekapan rendah, atau pulangan yang lebih tinggi ditambah dengan kos yang tinggi.

Panel solar boleh berfungsi pada musim panas dan musim sejuk (ia memerlukan cahaya, bukan haba) - semakin kurang mendung dan semakin cerah matahari bersinar, semakin banyak arus elektrik yang akan dihasilkan oleh panel solar

Semasa operasi, fotosel dan keseluruhan bateri menjadi panas secara beransur-ansur. Semua tenaga yang tidak digunakan untuk menjana arus elektrik diubah menjadi haba. Selalunya suhu pada permukaan panel solar meningkat kepada 50-55 °C. Tetapi semakin tinggi ia, semakin kurang cekap sel fotovoltaik beroperasi.

Akibatnya, model bateri solar yang sama menjana arus yang kurang dalam cuaca panas berbanding dalam cuaca sejuk. Photocells menunjukkan kecekapan maksimum pada hari musim sejuk yang cerah. Terdapat dua faktor yang dimainkan di sini - banyak matahari dan penyejukan semula jadi.

Lebih-lebih lagi, jika salji turun pada panel, ia masih akan terus menjana elektrik.Lebih-lebih lagi, kepingan salji tidak akan mempunyai banyak masa untuk berbaring di atasnya, setelah cair dari kepanasan fotosel yang dipanaskan.

Kecekapan bateri solar

Satu fotosel, walaupun pada waktu tengah hari dalam cuaca cerah, menghasilkan tenaga elektrik yang sangat sedikit, hanya mencukupi untuk mengendalikan lampu suluh LED.

Untuk meningkatkan kuasa keluaran, beberapa sel solar digabungkan dalam litar selari untuk meningkatkan voltan DC dan dalam litar bersiri untuk meningkatkan arus.

Kecekapan panel solar bergantung kepada:

• suhu udara dan bateri itu sendiri;
• pemilihan rintangan beban yang betul;
• sudut kejadian cahaya matahari;
• kehadiran/ketiadaan salutan anti-reflektif;
• kuasa fluks bercahaya.

Semakin rendah suhu di luar, semakin cekap fotosel dan bateri solar secara keseluruhannya. Semuanya mudah di sini. Tetapi dengan pengiraan beban keadaan lebih rumit. Ia harus dipilih berdasarkan arus yang dibekalkan oleh panel. Tetapi nilainya berbeza-beza bergantung kepada faktor cuaca.

Panel solar dihasilkan dengan voltan keluaran yang berganda 12 V - jika 24 V perlu dibekalkan kepada bateri, maka dua panel perlu disambungkan kepadanya secara selari

Sentiasa memantau parameter bateri solar dan melaraskan operasinya secara manual adalah bermasalah. Untuk ini lebih baik digunakan pengawal kawalan, yang melaraskan tetapan panel solar secara automatik untuk mencapai prestasi maksimum dan mod pengendalian optimum daripadanya.

Sudut kejadian sinar matahari yang ideal pada bateri solar adalah lurus. Walau bagaimanapun, jika sisihan berada dalam lingkungan 30 darjah dari serenjang, kecekapan panel menurun sebanyak kira-kira 5%.Tetapi dengan peningkatan selanjutnya dalam sudut ini, perkadaran sinaran suria yang semakin meningkat akan dipantulkan, sekali gus mengurangkan kecekapan sel suria.

Jika bateri diperlukan untuk menghasilkan tenaga maksimum pada musim panas, maka ia harus berorientasikan serenjang dengan kedudukan purata Matahari, yang ia menduduki ekuinoks pada musim bunga dan musim luruh.

Untuk wilayah Moscow, ini adalah kira-kira 40-45 darjah ke ufuk. Sekiranya maksimum diperlukan pada musim sejuk, maka panel harus diletakkan dalam kedudukan yang lebih menegak.

Dan satu lagi - habuk dan kotoran sangat mengurangkan prestasi fotosel. Foton semata-mata tidak mencapai mereka melalui penghalang "kotor" sedemikian, yang bermaksud tiada apa-apa untuk ditukar menjadi elektrik. Panel mesti dicuci dengan kerap atau diletakkan supaya habuk dicuci oleh hujan dengan sendirinya.

Sesetengah panel solar mempunyai kanta terbina dalam untuk menumpukan sinaran pada sel solar. Dalam cuaca cerah ini membawa kepada peningkatan kecekapan. Walau bagaimanapun, dalam awan tebal, kanta ini hanya menyebabkan kemudaratan.

Jika panel konvensional dalam keadaan sedemikian terus menjana arus, walaupun dalam jumlah yang lebih kecil, maka model kanta akan berhenti berfungsi hampir sepenuhnya.

Matahari sepatutnya menerangi bateri fotosel secara sekata. Jika salah satu bahagiannya menjadi gelap, maka sel suria yang tidak bercahaya bertukar menjadi beban parasit. Bukan sahaja mereka tidak menjana tenaga dalam keadaan sedemikian, tetapi mereka juga mengambilnya dari elemen kerja.

Panel mesti dipasang supaya tiada pokok, bangunan atau halangan lain di laluan pancaran matahari.

Gambar rajah bekalan tenaga solar rumah

Sistem bekalan tenaga solar termasuk:

1. Panel solar.
2. Pengawal.
3. Bateri.
4. Penyongsang (transformer).

Pengawal dalam litar ini melindungi kedua-dua panel solar dan bateri. Di satu pihak, ia menghalang pengaliran arus songsang pada waktu malam dan dalam cuaca mendung, dan di sisi lain, ia melindungi bateri daripada pengecasan/pelepasan yang berlebihan.

Bateri boleh dicas semula untuk panel solar harus dipilih dalam umur dan kapasiti yang sama, jika tidak, pengecasan/penyahcasan akan berlaku secara tidak sekata, yang akan membawa kepada pengurangan mendadak dalam hayat perkhidmatannya.

Untuk menukar arus terus 12, 24 atau 48 volt kepada arus ulang alik 220 volt yang anda perlukan penyongsang. Bateri kereta tidak disyorkan untuk digunakan dalam litar sedemikian kerana ketidakupayaannya untuk menahan pengecasan yang kerap. Adalah lebih baik untuk membelanjakan wang dan membeli AGM helium khas atau bateri OPzS yang dibanjiri.

Kesimpulan dan video berguna mengenai topik ini

Prinsip operasi dan gambar rajah sambungan panel solar tidak terlalu sukar untuk difahami. Dan dengan bahan video yang telah kami kumpulkan di bawah, lebih mudah untuk memahami semua selok-belok fungsi dan pemasangan panel solar.

Ia boleh diakses dan difahami cara bateri solar fotovoltaik berfungsi, dalam semua butirannya:

Lihat cara panel solar berfungsi dalam video berikut:

Pemasangan panel solar DIY dari fotosel:

Setiap elemen dalam sistem tenaga solar kotej mesti dipilih dengan betul. Kehilangan kuasa yang tidak dapat dielakkan berlaku pada bateri, transformer dan pengawal. Dan mereka mesti dikurangkan kepada minimum, jika tidak kecekapan panel solar yang sudah agak rendah akan dikurangkan kepada sifar.

Adakah anda mempunyai sebarang soalan semasa mempelajari bahan tersebut? Atau adakah anda mengetahui maklumat berharga mengenai topik artikel dan boleh berkongsi dengan pembaca kami? Sila tinggalkan komen anda di blok di bawah.