El principi de funcionament i el dispositiu de plaques solars

El principi de funcionament de la bateria solar

El dispositiu està dissenyat per convertir directament els raigs solars en electricitat. Aquesta acció s'anomena efecte fotoelèctric. Els semiconductors (hòsties de silici), que s'utilitzen per fer elements, tenen electrons carregats positivament i negativament i estan formats per dues capes, la capa n (-) i la capa p (+). L'excés d'electrons sota la influència de la llum solar s'elimina de les capes i ocupen llocs buits en una altra capa. Això fa que els electrons lliures es moguin constantment, passant d'una placa a una altra, generant electricitat que s'emmagatzema a la bateria.

El funcionament d'una bateria solar depèn en gran mesura del seu disseny. Les cèl·lules solars eren originalment fetes de silici.Encara són molt populars, però com que el procés de purificació del silici és força laboriós i costós, s'estan desenvolupant models amb fotocèl·lules alternatives de compostos de cadmi, coure, gal·li i indi, però són menys productius.

L'eficiència de les plaques solars ha augmentat amb el desenvolupament de la tecnologia. Avui, aquesta xifra ha augmentat d'un per cent, que es va registrar a principis de segle, a més d'un vint per cent. Això ens permet utilitzar panells avui no només per a necessitats domèstiques, sinó també per a la producció.

Especificacions

El dispositiu de la bateria solar és bastant senzill i consta de diversos components:

Directament cèl·lules solars / panells solars;

Un inversor que converteix el corrent continu en corrent altern;

Controlador de nivell de bateria.

Comprar bateries per a panells solars s'ha de basar en les funcions requerides. Emmagatzemen i distribueixen l'electricitat. L'emmagatzematge i el consum es produeixen durant tot el dia, i a la nit només es consumeix la càrrega acumulada. Així, hi ha un subministrament constant i continu d'energia.

La càrrega i descàrrega excessives de la bateria escurçarà la seva vida útil. El controlador de càrrega de la bateria solar suspèn automàticament l'acumulació d'energia a la bateria quan ha arribat als seus paràmetres màxims i apaga la càrrega del dispositiu quan està fortament descarregat.

(Tesla Powerwall - una bateria de panells solars de 7 kW - i càrrega domèstica per a vehicles elèctrics)

L'inversor de xarxa per a plaques solars és l'element de disseny més important. Converteix l'energia rebuda dels raigs solars en corrent altern de diferents capacitats.En ser un convertidor síncron, combina la tensió de sortida del corrent elèctric en freqüència i fase amb una xarxa estacionària.

Les fotocèl·lules es poden connectar tant en sèrie com en paral·lel. Aquesta última opció augmenta els paràmetres de potència, voltatge i corrent i permet que el dispositiu funcioni encara que un element perdi funcionalitat. Els models combinats es fan amb els dos esquemes. La vida útil de les plaques és d'uns 25 anys.

Escollir plaques solars per a una casa particular

Abans de comprar plaques solars per a una casa particular, esbrineu:

• Consum diari d'electricitat a l'habitació;
• Un lloc per instal·lar panells (dirigit al sud, mentre que no hi ha d'haver cap ombra i s'ha d'establir l'angle d'inclinació adequat);
• Les bateries es col·loquen en una habitació càlida a aquesta temperatura fins a 25 graus centígrads;
• Tingueu en compte les pics de càrrega dels aparells elèctrics;
• Ús estacional o permanent del sistema.

Per a regions amb alta activitat lluminosa, les bateries monocristal·lines són les més adequades. Per a una residència d'estiu o una parcel·la personal, si es preveu un ús estacional, els models policristal·lins micromòrfics són els més adequats. Són relativament barats, perceben bé la llum lateral difusa i treballen en angle amb temps ennuvolat.

Exemple de càlcul

L'àrea suburbana consumeix entre 3 i 6 kWh d'energia elèctrica, però aquesta xifra pot ser més alta quan s'utilitza un gran nombre d'electrodomèstics o il·luminació addicional a casa. Una caseta de tres pisos consumeix de 20 a 50 kWh i fins i tot més. A partir de la informació aportada, farem un càlcul.

La intensitat energètica de la casa és de 7 kW (incloses les pèrdues). Si la casa es troba al sud, on hi ha prou llum solar per al subministrament d'energia, es necessitaran unes 20 bateries. La potència de treball d'un panell és de 400 watts. Aquesta quantitat és suficient per subministrar energia a una zona suburbana on viu permanentment una família de 4-6 persones.

Instal·lació

Quan compreu productes d'una empresa determinada, obteniu esquemes i instruccions detallats de cablejat i podeu instal·lar fonts d'alimentació ininterrompuda i panells solars amb les vostres pròpies mans. Però si no voleu ocupar-vos de la instal·lació i configuració dels sistemes o no ho heu fet mai abans, confieu aquesta feina a professionals.

Els especialistes van al lloc i duen a terme la instal·lació i la posada en marxa dels equips en poc temps. De mitjana, la instal·lació d'una central solar triga d'un a quatre dies, depenent de la complexitat del sistema, i s'instal·la una font d'alimentació ininterrompuda en un o dos dies.

La instal·lació de mòduls solars es realitza segons un esquema pre-aprovat, i tots els components del sistema; les bateries, els controladors de càrrega i els convertidors s'instal·len en un lloc còmode i accessible per a vostè. La central elèctrica és fàcil de mantenir. Els panells solars tenen una superfície llisa de vidre especial, que no permet l'acumulació de neu i pols. Les bateries utilitzades per als sistemes solars no requereixen manteniment i tenen una vida útil de fins a 10 anys.

Consells

Els experts donen diverses recomanacions sobre com col·locar i connectar correctament els panells solars.

Molt sovint, els productes que utilitzen fonts d'energia alternatives es munten al sostre o a les parets de la construcció d'habitatges, amb menys freqüència utilitzen suports especials fiables.

En qualsevol cas, s'han d'excloure completament qualsevol apagada, és a dir, les bateries s'han d'orientar de manera que no caiguin a l'ombra d'arbres alts i edificis veïns.
La instal·lació d'un conjunt de plaques es realitza en files, la seva disposició és paral·lela, en aquest sentit, és molt important assegurar-se que les files més altes no facin ombra a les de sota. Aquest requisit és molt important, ja que l'ombrejat total o parcial provoca una reducció i fins i tot un cessament total de qualsevol producció d'energia, a més, es pot produir l'efecte de la formació de "corrents inversos", que sovint provoca l'avaria de l'equip.

L'orientació adequada a la llum solar és fonamental per a l'eficiència i eficàcia dels panells.

És molt important que la superfície rebi tots els raigs UV possibles. L'orientació correcta es calcula a partir de les dades de la ubicació geogràfica de l'edifici

Per exemple, si els panells es munten al costat nord de l'edifici, els panells haurien d'estar orientats cap al sud.
Igualment important és l'angle d'inclinació general de l'estructura, també està determinat per l'orientació geogràfica de l'estructura.Els experts van calcular que aquest indicador hauria de correspondre a la latitud de la ubicació de la casa, i com que el sol, depenent de l'època de l'any, canvia la seva ubicació per sobre de l'horitzó diverses vegades, té sentit considerar ajustar l'angle d'instal·lació final de la casa. bateries. En general, la correcció no supera els 12 graus.

• Les bateries s'han de col·locar de manera que es proporcioni accés gratuït a elles, ja que a l'hivern fred caldrà netejar-les periòdicament de la neu atacant i, a l'estació càlida, de les taques de pluja, que redueixen significativament l'eficiència. d'utilitzar piles.
• Fins ara, hi ha molts models de panells solars xinesos i europeus a la venda, que es diferencien pel que fa al cost, de manera que tothom pot instal·lar el model òptim per al seu pressupost.

En conclusió, cal destacar que el nostre planeta rebrà el major benefici de l'ús de plaques solars, ja que aquesta font d'energia no causa absolutament cap dany al medi ambient. Si vostè, com a consumidor, es preocupa pel futur de la nostra Terra, el potencial dels seus recursos terrestres i la conservació dels recursos naturals, aleshores els panells solars són la millor opció.

Com instal·lar una bateria solar al terrat de la casa, mireu el següent vídeo.

Conclusió sobre el tema

Un enfocament professional de la instal·lació d'una central solar us permetrà tenir en compte tots els factors, matisos i evitar errors molests.

Normes generals per a la instal·lació de plaques solars

En instal·lar panells solars, cal tenir en compte 5 factors, la combinació dels quals determina finalment el lloc i el mètode d'instal·lació:

1. Dissipació de calor
2. Ombra
3. Orientació
4. Inclinació
5. Disponibilitat per al servei

Com s'ha esmentat anteriorment, la dissipació de calor té un paper important en el manteniment del rendiment de les bateries. És imprescindible deixar un buit de ventilació entre el panell i el pla d'instal·lació, i com més gran sigui, millor. Normalment, quan es munta un marc o un marc per connectar mòduls entre el panell i l'avió, queden 5-10 centímetres. La màxima ventilació està assegurada quan es munta en un marc o vareta independent.

Qualsevol ombra que cau sobre la bateria d'arbres o edificis "apaga" la cèl·lula ombrejada, la qual cosa accelera la degradació dels mòduls monocristalins cars i atura completament la generació d'energia en els policristalins. Els fabricants ofereixen diverses maneres de minimitzar el risc d'un "punt calent" a causa d'una interrupció del circuit elèctric, que cal tenir en compte a l'hora de comprar. Però és millor instal·lar la bateria de manera que l'ombra "dura" no hi caigui de cap manera. L'ombra "suau" a causa de la boira, núvols o smog no perjudica la bateria, només redueix la potència.

Cal orientar la bateria cap al sud, de manera que la insolació serà màxima. Tots els altres mètodes d'instal·lació són compromisos i és millor no tenir-los en compte. No seria raonable gastar desenes de milers de rubles en la compra de mòduls, però no seria raonable orientar la bateria no cap al sol. Els mapes d'insolació de diverses regions de la Federació Russa es publiquen a Internet i estan disponibles públicament. La franja central de Rússia es troba principalment a la segona zona d'insolació, on des d'1 sq. comptadors d'un mòdul solar ideal instal·lat correctament poden produir fins a 3 kWh/dia.

La disponibilitat d'una bateria per a una neteja ràpida de la superfície permet realitzar aquesta senzilla operació sense la implicació d'especialistes.A l'hivern, la superfície s'ha d'alliberar de la neu, a l'estiu, de la pols i la brutícia causades pel vent i la pluja. Si hi ha un objecte en construcció a prop, la superfície dels mòduls s'haurà de netejar diàriament. La manera més senzilla de fer-ho és amb un raig d'aigua d'una mànega o de qualsevol raspall per netejar finestres.

Com aconseguir la màxima eficiència

A l'hora de comprar plaques solars per a la teva llar, és molt important triar un disseny que pugui proporcionar la teva llar amb suficient potència. Es creu que l'eficiència dels panells solars en temps ennuvolat és d'aproximadament 40 W per 1 metre quadrat per hora.

De fet, en temps ennuvolat, la potència de la llum a nivell del sòl és d'aproximadament 200 watts per metre quadrat, però el 40% de la llum solar és radiació infraroja, a la qual els panells solars no són susceptibles. També val la pena tenir en compte que l'eficiència de la bateria rarament supera el 25%.

De vegades, l'energia de la llum solar intensa pot arribar als 500 W per metre quadrat, però els càlculs han de tenir en compte les xifres mínimes, que faran que el sistema d'alimentació autònom sigui ininterromput.

Cada dia el sol llueix una mitjana de 9 hores, si prenem la mitjana anual. En un dia, un metre quadrat de la superfície del convertidor és capaç de generar 1 quilowatt d'electricitat. Si els residents de la casa consumeixen aproximadament 20 quilowatts d'electricitat al dia, la superfície mínima de plaques solars hauria de ser d'aproximadament 40 metres quadrats.

No obstant això, aquest indicador del consum d'electricitat a la pràctica és rar. Per regla general, els llogaters utilitzaran fins a 10 kW per dia.

Si parlem de si els panells solars funcionen a l'hivern, val la pena recordar que en aquesta època de l'any la durada de les hores de llum del dia es redueix molt, però si proporcioneu al sistema bateries potents, l'energia rebuda per dia hauria de ser suficient, tenint en compte la presència d'una bateria de reserva.

A l'hora de triar una bateria solar, és molt important parar atenció a la capacitat de les bateries. Si necessiteu panells solars que funcionin a la nit, la capacitat de la bateria de reserva juga un paper clau. A més, el dispositiu ha de ser resistent a la recàrrega freqüent.

A més, el dispositiu ha de ser resistent a la recàrrega freqüent.

Malgrat que el cost d'instal·lar panells solars pot superar el milió de rubles, els costos es compensaran en uns quants anys, ja que l'energia solar és totalment gratuïta.

Com funciona una bateria solar

Tots els éssers vius de la terra van sorgir gràcies a l'energia del sol. Cada segon, una gran quantitat d'energia arriba a la superfície del planeta en forma de radiació solar. Mentre cremem milers de tones de carbó i productes derivats del petroli per escalfar les nostres llars, els països més propers a l'equador llanguien amb la calor. Utilitzar l'energia del sol per a les necessitats humanes és una tasca digna per a les ments curioses. En aquest article, considerarem el disseny d'un convertidor directe de llum solar en energia elèctrica: una cèl·lula solar.

La hòstia prima consta de dues capes de silici amb propietats físiques diferents. La capa interior és de silici pur d'un sol cristall amb conductivitat del forat. A l'exterior, es cobreix amb una capa molt fina de silici "contaminat", per exemple, amb una barreja de fòsfor.S'aplica un contacte metàl·lic sòlid a la part posterior de la placa. Al límit de les capes n i p, com a resultat del desbordament de càrregues, es formen zones esgotades amb una càrrega de volum positiva no compensada a l'n-capa i volum de càrrega negativa a la capa p. Aquestes zones juntes formen una unió p-n.

La barrera potencial que sorgeix a la unió impedeix el pas dels principals portadors de càrrega, és a dir. electrons des del costat de la capa p, però passen lliurement portadors menors en direccions oposades. Aquesta propietat de les unions p-n determina la possibilitat d'obtenir foto-emf en irradiar cèl·lules solars amb llum solar. Quan el SC s'il·lumina, els fotons absorbits generen parells d'electró-forat sense equilibri. Els electrons generats a la capa p prop de la unió p-n s'apropen a la unió p-n i són conduïts a la regió n pel camp elèctric existent en ella.

De la mateixa manera, l'excés de forats creats a la capa n es transfereixen parcialment a la capa p. Com a resultat, la capa n adquireix una càrrega negativa addicional i la capa p n'adquireix una de positiva. La diferència de potencial de contacte inicial entre les capes p i n del semiconductor disminueix i apareix una tensió al circuit extern. El pol negatiu de la font de corrent correspon a la capa n, i la capa p al positiu.

La majoria de les cèl·lules solars modernes tenen una única unió p-n. En aquest element, els portadors de càrrega lliure són creats només per aquells fotons l'energia dels quals és superior o igual a la banda buida. En altres paraules, la resposta fotoelèctrica d'una sola cèl·lula d'unió es limita a la part de l'espectre solar l'energia de la qual és superior a la banda buida i no s'utilitzen fotons de menor energia.Aquesta limitació es pot superar mitjançant estructures multicapa de dos o més SC amb diferents bandes buits. Aquests elements s'anomenen multijunció, cascada o tàndem. Com que funcionen amb una part molt més gran de l'espectre solar, tenen una eficiència de conversió fotovoltaica més alta. En una cèl·lula solar típica de múltiples unions, les fotocèl·lules individuals es disposen una darrere de l'altra de manera que la llum solar incideixi primer en la cèl·lula amb la banda intercalada més gran, mentre que s'absorbeixen els fotons amb més energia.

Les bateries no funcionen amb la llum solar, sinó amb la llum solar en principi. La radiació electromagnètica arriba a la terra en qualsevol època de l'any. Només amb temps ennuvolat, es produeix menys energia. Per exemple, vam instal·lar llums autònoms amb energia solar. Per descomptat, hi ha períodes curts en què les bateries no tenen temps per carregar-se completament. Però, en general, això no passa tan sovint durant l'hivern.

Curiosament, encara que la neu cau sobre el panell solar, encara continua convertint l'energia solar. I pel fet que les fotocèl·lules s'escalfen, la neu mateixa es descongela. El principi és el mateix que escalfar el vidre d'un cotxe.

Clima hivernal perfecte per a un dia sense núvols i amb bateria solar. De vegades, en aquests dies, fins i tot es poden organitzar registres de generació.

A l'hivern, l'eficiència del panell solar baixa. A Moscou i la regió de Moscou, de mitjana, produeix 8 vegades menys electricitat al mes. Diguem que si a l'estiu el funcionament d'una nevera, un ordinador i la il·luminació aèria d'una casa requereix 1 kW d'energia, a l'hivern és millor abastir-se de 2 kW per fiabilitat.

Al mateix temps, a l'Extrem Orient, la durada del sol és més llarga, l'eficiència es redueix només una i mitja o dues vegades. I, per descomptat, com més al sud, menor és la diferència entre l'hivern i l'estiu.

També és important l'angle d'inclinació dels mòduls. Podeu configurar l'angle universal per a tot l'any. I pots canviar cada cop, segons l'estació. Això no ho fan els propietaris de la casa, sinó els especialistes que van al lloc.

Opcions de connexió solar

Els panells solars estan formats per diversos panells individuals. Per augmentar els paràmetres de sortida del sistema en forma de potència, tensió i corrent, els elements es connecten entre si, aplicant les lleis de la física.

La connexió de diversos panells entre si es pot realitzar mitjançant un dels tres esquemes de muntatge de panells solars:

• paral·lel;
• consistent;
• barrejat.

El circuit paral·lel consisteix a connectar terminals del mateix nom entre si, en el qual els elements tenen dos nodes comuns de convergència de conductors i la seva ramificació.

Amb un circuit paral·lel, els avantatges es connecten als avantatges i els negatius als negatius, com a resultat de la qual cosa augmenta el corrent de sortida i la tensió de sortida es manté dins dels 12 volts.

El valor del màxim corrent de sortida possible en un circuit paral·lel és directament proporcional al nombre d'elements connectats. Els principis per calcular la quantitat es donen a l'article que recomanem.

El circuit sèrie implica la connexió de pols oposats: el "plus" del primer panell al "menos" del segon. El "plus" restant no utilitzat del segon panell i el "menos" de la primera bateria es connecten al controlador situat més al llarg del circuit.

Aquest tipus de connexió crea condicions per al flux de corrent elèctric, en què només hi ha una manera de transferir el portador d'energia de la font al consumidor.

Amb una connexió en sèrie, la tensió de sortida augmenta i arriba als 24 volts, que és suficient per alimentar equips portàtils, llums LED i alguns receptors elèctrics.

Un circuit sèrie-paral·lel o mixt s'utilitza més sovint quan cal connectar diversos grups de bateries. Aplicant aquest circuit, tant la tensió com el corrent es poden augmentar a la sortida.

Amb un esquema de connexió sèrie-paral·lel, la tensió de sortida assoleix una marca, les característiques de la qual són les més adequades per resoldre la major part de les tasques domèstiques.

Aquesta opció també és beneficiosa en el sentit que en cas de fallada d'un dels elements estructurals del sistema, altres cadenes de connexió continuen funcionant. Això augmenta significativament la fiabilitat de tot el sistema.

Galeria d'imatges

Foto de

Connexió de cèl·lules solars

Nombre de panells en funció de les necessitats

Connexió en sèrie d'aparells solars

Connexió directa a aparells d'il·luminació

El principi de muntatge d'un circuit combinat es basa en el fet que els dispositius de cada grup estan connectats en paral·lel. I la connexió de tots els grups en un circuit es realitza de manera seqüencial.

En combinar diferents tipus de connexions, no serà difícil muntar una bateria amb els paràmetres necessaris. El més important és que el nombre de cèl·lules connectades ha de ser tal que la tensió de funcionament subministrada a les bateries, tenint en compte la seva caiguda en el circuit de càrrega, superi la tensió de les pròpies bateries i el corrent de càrrega de la bateria al mateix temps. El temps proporciona la quantitat necessària de corrent de càrrega.