Как работят и какво правят слънчевите панели

Как работи слънчевият панел

Устройството е предназначено за директно преобразуване на слънчевите лъчи в електричество. Това действие се нарича фотоволтаичен ефект. Полупроводниците (силициеви пластини), които се използват за производството на клетки, имат положително и отрицателно заредени електрони и се състоят от два слоя: n-слой (-) и p-слой (+). Излишните електрони се изхвърлят от слоевете под въздействието на слънчевата светлина и заемат празни места в другия слой. Това кара свободните електрони да се движат постоянно, преминавайки от една плоча към друга, като генерират електричество, което се съхранява в батерията.

Работата на една слънчева клетка зависи до голяма степен от нейния дизайн. Първоначално слънчевите батерии са били изработени от силиций. Днес те все още са много популярни, но тъй като процесът на пречистване на силиция е трудоемък и скъп, се разработват модели с алтернативни фотоелементи, изработени от кадмиеви, медни, галиеви и индиеви съединения, но те са по-малко ефективни.

Ефективността на слънчевите клетки се увеличава с развитието на технологиите. Днес този дял е нараснал от един процент, регистриран в началото на века, до над двадесет процента. Това прави възможно използването на панели не само за битови, но и за промишлени цели.

Технически характеристики

Конструкцията на соларния панел е съвсем проста и се състои от няколко компонента:

Самите фотоволтаични клетки/соларен панел;

Инвертор, който преобразува постоянния ток в променлив;

Контролер на нивото на зареждане на батерията.

Батериите за соларни панели трябва да се купуват с оглед на необходимите функции. Те съхраняват и освобождават електроенергия. Съхраняването и потреблението се извършват през целия ден, а през нощта натрупаният заряд само се консумира. По този начин се осигурява постоянно и непрекъснато снабдяване с енергия.

Прекомерното зареждане и разреждане на батерията съкращава нейния експлоатационен живот. Контролерът за соларен заряд автоматично спира натрупването на енергия в батерията, когато тя достигне максималните си параметри, и изключва товара на устройството, когато то е силно разредено.

(Tesla Powerwall - 7kW батерия със соларен панел - и домашно зареждане за електрически автомобили)

Мрежовият инвертор за соларни панели е най-важната част от конструкцията. Той преобразува енергията от слънчевите лъчи в променлив ток с различна мощност. Като синхронен преобразувател той хармонизира изходното напрежение на електрическия ток по честота и фаза с фиксираната мрежа.

Фотоволтаичните клетки могат да бъдат свързани последователно или паралелно. Последната опция увеличава параметрите на мощността, напрежението и тока и позволява на устройството да работи дори ако един от елементите загуби функционалност. Комбинираните модели се изработват, като се използват и двете вериги. Експлоатационният живот на плочите е около 25 години.

Избор на слънчеви панели за частен дом

Преди да купите слънчеви панели за вашия дом, разберете

• Дневното потребление на електроенергия в стаята;
• Мястото за монтиране на панелите (с лице на юг, без сянка и с подходящ ъгъл на наклона);
• Батериите трябва да се поставят в топло помещение при температура до 25 градуса по Целзий;
• Вземете предвид пиковите натоварвания на електрическите уреди;
• Сезонно или постоянно използване на системата.

За региони с висока светлинна активност са подходящи монокристалните батерии. За лятна вила или домашен парцел, ако се планира сезонна употреба, микроморфните поликристални модели са най-добрият избор. Те са сравнително евтини, могат да абсорбират разсеяна странична светлина и работят добре под ъгъл, когато е облачно.

Пример за изчисления

Един ваканционен дом консумира 3-6 kWh електроенергия, но тази стойност може да бъде по-висока, ако в дома се използват голям брой уреди или допълнително осветление. Една триетажна вила консумира 20-50 kWh или дори повече. Нека направим изчисление въз основа на информацията, с която разполагате.

Енергийният капацитет на една вила е 7 kW (включително загубите). Ако къщата се намира на юг, където слънчевата светлина е достатъчна за захранване, ще са необходими около 20 батерии. Работната мощност на един панел е 400 W. Това е достатъчно, за да се снабди с електроенергия семейство от 4-6 души в провинцията.

Инсталация

Когато купувате продукти на дадена компания, получавате подробни електрически схеми и инструкции и можете да инсталирате непрекъсваеми захранвания и слънчеви панели със собствените си ръце. Но ако не искате да инсталирате и настройвате системи или никога преди не сте го правили, оставете тази работа на професионалисти.

Специалистите пътуват до обекта и извършват монтажа и пускането в експлоатация на оборудването за кратко време. Монтажът на слънчева електроцентрала отнема средно от един до четири дни в зависимост от сложността на системата, а непрекъсваемото захранване се инсталира в рамките на един до два дни.

Соларните модули се монтират по предварително одобрена схема, а всички компоненти на системата - батерии, контролери за зареждане и преобразуватели - се инсталират на удобно и достъпно за вас място. Електроцентралата е лесна за поддръжка. Слънчевите панели имат гладка повърхност Те са изработени от специално стъкло, което предотвратява натрупването на сняг и прах. Батериите, използвани в соларните системи, не изискват поддръжка и имат експлоатационен живот до 10 години.

Съвети

Експертите предлагат няколко съвета за правилно инсталиране и свързване на соларните панели.

Обикновено алтернативните енергийни източници се монтират на покрива или на стените на къщата.

Във всеки случай трябва да се избягва всякакво засенчване, т.е. батериите трябва да се разположат така, че върху тях да не пада сянка от високи дървета или други сгради.
Комплектът плочи се монтира на редове и се подрежда успоредно, така че е важно да се гарантира, че горните редове не хвърлят сянка върху долните. Това изискване е много важно, тъй като пълното или частичното засенчване води до намаляване или дори до пълно спиране на производството на енергия, а също така може да възникне и ефект на "обратен ток", който често води до повреда на оборудването.

Правилната ориентация спрямо слънчевата светлина е от основно значение за ефективността и ефикасността на панелите.

Много е важно повърхността да получава пълния възможен поток от UV светлина. Правилната ориентация се изчислява въз основа на географското положение на сградата.

Например, ако панелите са монтирани на северната страна на сградата, те трябва да бъдат ориентирани на юг.
Също толкова важен е и общият ъгъл на наклона на конструкцията, който също се определя от географската ориентация на сградата. Експертите са изчислили, че тази цифра трябва да съответства на географската ширина на къщата и тъй като слънцето променя позицията си над хоризонта няколко пъти в зависимост от годишното време, има смисъл да се помисли за коригиране на крайния ъгъл на инсталиране на батериите. Обикновено корекцията не трябва да надвишава 12 градуса.

• Батериите трябва да се монтират така, че да са свободно достъпни, тъй като през студеното зимно време ще трябва периодично да ги почиствате от нападалия сняг, а през топлия сезон - от дъждовни пръски, което значително намалява ефективността на батериите.
• Днес се продават много китайски и европейски модели слънчеви панели, които се различават по цена, така че всеки може да инсталира най-добрия модел за своя бюджет.

В заключение трябва да се отбележи, че най-голямата полза от слънчевите панели ще бъде за нашата планета, тъй като този източник на енергия не причинява абсолютно никаква вреда на околната среда. Ако като потребител се интересувате от бъдещето на нашата земя, нейния потенциал и опазването на природните ресурси, слънчевите панели са най-добрият избор.

За информация относно инсталирането на соларен панел на покрива вижте следното видео.

Заключение по темата

Професионалният подход към инсталирането на слънчева електроцентрала ще вземе предвид всички фактори и нюанси и ще избегне досадните грешки.

Общи правила за инсталиране на слънчеви панели

При инсталирането на соларни панели винаги трябва да вземете предвид 5 фактора, чиято комбинация в крайна сметка определя мястото и метода на инсталиране:

1. Разсейване на топлината
2. Сенник
3. Ориентация
4. Наклон
5. Достъпност за поддръжка

Както беше споменато по-горе, разсейването на топлината играе важна роля за поддържане на ефективността на батериите. Винаги трябва да се оставя вентилационна междина между панела и монтажната равнина, като колкото по-голяма е тя, толкова по-добре. Обикновено, когато се монтира рамка за закрепване на модулите, трябва да се оставят 5-10 см между панела и плоскостта. Максималната вентилация се осигурява чрез монтиране върху отделна рамка или шина.

Всяка сянка, падаща върху батерията от дървета или сгради, "изключва" засенчената клетка, което ускорява разграждането на скъпите монокристални модули и напълно спира производството на енергия при поликристалните модули. Производителите предлагат различни начини за минимизиране на риска от поява на гореща точка поради прекъсване на електрическата верига, което трябва да се вземе предвид при покупка. Но е по-добре да инсталирате батерията по такъв начин, че "твърда" сянка да не може да я достигне по никакъв начин. "Меката" сянка, дължаща се на мъгла, облаци или смог, не вреди на батерията, а само намалява енергийната мощност.

Ориентирайте батерията на юг, за да увеличите максимално слънчевото греене. Всички други методи за монтаж са компромисни и е по-добре да не ги разглеждате. Би било неразумно да похарчите десетки хиляди рубли за закупуване на модули, но да ориентирате батерията по различен начин от слънцето. Картите на слънчевото греене за различните региони на Русия са публикувани в интернет и са публично достъпни. Средната ивица на Русия се намира основно във втората зона на слънчево греене, където с 1 квадратен метър правилно инсталиран идеален слънчев модул може да се получат до 3 kWh/ден.

Достъпността на батерията за бързо почистване на повърхности ви позволява да извършвате тази несложна операция, без да се нуждаете от специалисти. Повърхността не трябва да е затрупана от сняг през зимата и от прах и замърсявания, причинени от вятъра и дъжда през лятото. Ако наблизо има строяща се сграда, ще трябва ежедневно да почиствате повърхността на модулите. Най-лесният начин за това е с маркуч за вода или с четка за почистване на прозорци.

Как да увеличите ефективността

Когато купувате соларни панели за дома си, е важно да изберете дизайн, който ще осигури достатъчно електроенергия за дома ви. Счита се, че слънчевите панели имат ефективност от приблизително 40 вата на 1 квадратен метър на час в облачни дни.

Всъщност при облачно време мощността на светлината на нивото на земята е приблизително 200 W на квадратен метър, но 40 % от слънчевата светлина е инфрачервена радиация, към която слънчевите панели не са чувствителни. Също така е добре да се има предвид, че ефективността на батерията рядко надхвърля 25%.

Понякога енергията от интензивната слънчева светлина може да достигне до 500 вата на квадратен метър, но при изчисленията си струва да се вземат предвид минималните стойности, които ще направят системата за автономно електрозахранване непрекъсната.

Слънцето грее средно по 9 часа на ден, като се има предвид средната годишна стойност. За един ден един квадратен метър от повърхността на инвертора може да произведе 1 киловат електроенергия. Ако обитателите на една къща консумират около 20 киловата електроенергия на ден, минималната площ на слънчевите панели трябва да бъде около 40 квадратни метра.

Това обаче рядко се случва на практика. По правило обитателите използват до 10 kW на ден.

Когато става въпрос за това дали слънчевите панели работят през зимата, трябва да се има предвид, че продължителността на светлата част на денонощието значително намалява през този период от годината, но ако системата е снабдена с мощни батерии, получената през деня енергия би трябвало да е достатъчна, като се вземе предвид наличието на резервна батерия.

При избора на соларен панел е важно да се обърне внимание на капацитета на батерията. Ако ви трябват слънчеви панели, които да работят през нощта, капацитетът на резервната батерия играе ключова роля. Също така устройството трябва да е устойчиво на често презареждане

Освен това устройството трябва да е устойчиво на често презареждане.

Въпреки че разходите за инсталиране на соларни панели могат да надхвърлят 1 милион рубли, те ще бъдат възстановени в рамките на няколко години, тъй като слънчевата енергия е напълно безплатна.

Как работи слънчевият панел

Целият живот на Земята се е появил благодарение на слънчевата енергия. Всяка секунда на повърхността на планетата достига огромно количество енергия под формата на слънчева радиация. Докато ние изгаряме хиляди тонове въглища и петролни продукти, за да отопляваме домовете си, страните, разположени по-близо до екватора, страдат от горещи вълни. Използването на силата на слънцето за човешките нужди е предизвикателство, достойно за любознателните умове. В тази статия ще разгледаме конструкцията на директен преобразувател на слънчева светлина в електрическа енергия - слънчева клетка.

Тънката пластинка се състои от два слоя силиций с различни физични свойства. Вътрешният слой е чист монокристален силиций с проводимост на дупките. От външната страна той е покрит с много тънък слой "нечист" силиций, например с фосфор. Върху задната част на пластината се поставя твърд метален контакт. На ръба на n- и p-слоевете преливането на заряд води до зони на изчерпване с некомпенсиран обемен положителен заряд в n-и обемния отрицателен заряд в р-слоя. Заедно тези зони образуват p-n преход.

Потенциалната бариера, образувана в прехода, предотвратява преминаването на основните носители на заряд, т.е. електроните от p-слоя, но позволява на неносителите да преминават безпрепятствено в противоположни посоки. Това свойство на p-n-връзките определя възможността за фотоволтаично излъчване, когато ПЕП е облъчен от слънчева светлина. Когато SE е осветен, абсорбираните фотони генерират неравновесни двойки електрон-дупка. Електроните, генерирани в p-слоя в близост до p-n прехода, се приближават до p-n прехода и се пренасят в n-слоя под въздействието на съществуващото там електрическо поле.

Излишните дупки, генерирани в n-слоя, се пренасят частично в p-слоя. В резултат на това n-слоят получава допълнителен отрицателен заряд, а p-слоят - положителен заряд. Първоначалната контактна потенциална разлика между p- и n-слоевете на полупроводника намалява и във външната верига се появява напрежение. Отрицателният полюс на източника на ток съответства на n-слоя, а p-слоят - на положителния полюс.

Повечето съвременни соларни клетки имат един p-n преход. В такава клетка свободни носители на заряд се създават само от фотони, чиято енергия е по-голяма или равна на ширината на лентовата междина. С други думи, фотоволтаичната реакция на една клетка с единичен преход е ограничена до частта от слънчевия спектър, чиято енергия е по-висока от ширината на лентата на пропускане, а фотоните с по-ниска енергия не се използват. Многослойните структури, състоящи се от два или повече SE с различна ширина на лентата, могат да преодолеят това ограничение. Те се наричат многосъединителни, каскадни или тандемни клетки. Тъй като работят с много по-голяма част от слънчевия спектър, те имат по-висока ефективност на фотоволтаичното преобразуване. В типичната слънчева клетка с няколко съединения отделните фотоелементи са разположени един зад друг по такъв начин, че слънчевата светлина попада първо върху клетката с най-широка лентова междина и се абсорбират фотоните с най-висока енергия.

Батериите не се захранват от слънчевите лъчи, а от слънчевата светлина по принцип. Електромагнитната радиация достига до Земята по всяко време на годината. Просто когато времето е облачно, се генерира по-малко енергия. Например, инсталирахме самостоятелни фенери, захранвани със слънчева енергия. Разбира се, има малки интервали, в които батериите нямат време да се заредят напълно. Но като цяло това не се случва толкова често през зимата.

Интересно е, че дори ако върху слънчевия панел падне сняг, той продължава да преобразува слънчева енергия. И тъй като фотоволтаичните клетки се нагряват, самият сняг се размразява. Принципът е същият като при отоплението на автомобилното стъкло.

Идеалното зимно време за слънчеви панели е мразовит, безоблачен ден. Понякога в такива дни можете дори да поставите рекорди по генериране.

През зимата ефективността на слънчевия панел намалява. В Москва и Подмосковието тя произвежда средно 8 пъти по-малко електроенергия на месец. Да речем, ако през лятото се нуждаете от 1 kW енергия, за да захраните хладилника, компютъра и горното осветление у дома, през зимата е по-добре да се запасите с 2 kW, за да сте сигурни.

В Далечния изток обаче продължителността на слънчевото греене е по-дълга, а ефективността е намалена само 1,5 до 2 пъти. И разбира се, колкото по на юг отивате, толкова по-малка е разликата между зимата и лятото.

Ъгълът на модулите също е важен. Можете да зададете универсален ъгъл за цялата година. Или можете да го променяте всеки път в зависимост от сезона. Това не се прави от собствениците на къщата, а от експерти, които пътуват до мястото.

Възможности за свързване на хелиоакумулаторите

Слънчевите панели се състоят от няколко отделни панела. За да се увеличи мощността на системата по отношение на мощност, напрежение и ток, елементите се свързват помежду си, като се прилагат законите на физиката.

Свързването на няколко панела може да се осъществи по една от трите схеми за монтаж на соларни панели:

• паралелно;
• в серия;
• смесени.

Паралелната схема включва свързване на клеми с едно и също име една към друга, като клетките имат два общи възела от сходящи се проводници и техните разклонения.

В паралелната верига плюсовете се свързват с плюсовете, а минусите - с минусите, в резултат на което изходният ток се увеличава, а изходното напрежение остава в рамките на 12 волта.

Стойността на максималния възможен изходен ток в една паралелна верига е правопропорционална на броя на свързаните елементи. Принципите за изчисляване на броя са дадени в нашата препоръчителна статия.

Последователната верига включва свързване на противоположни полюси: "плюс" на първия панел към "минус" на втория. Останалият неизползван "плюс" на втория панел и "минусът" на първата батерия са свързани към контролера надолу по веригата.

Този тип връзка създава условия за протичане на електрически ток, което остава единственият начин за пренос на енергия от източника към потребителя.

При последователно свързване изходното напрежение се увеличава и достига стойност от 24 волта, която е достатъчна за захранване на преносими уреди, LED светлини и някои електрически консуматори.

Серийно-паралелната или смесена схема се използва най-вече когато трябва да се свържат няколко групи батерии. С помощта на тази схема може да се увеличи както напрежението, така и токът на изхода.

При последователно-паралелно разположение изходното напрежение достига ниво, чиито характеристики са най-подходящи за повечето домашни приложения.

Този вариант има предимство и в това, че в случай на повреда на един от компонентите на системата, останалите свързващи вериги продължават да функционират. Това значително повишава надеждността на цялата система.

Галерия със снимки

Снимка от

Свързване на слънчеви клетки

Брой панели в зависимост от изискванията

Последователно свързване на слънчеви панели

Директна връзка с осветителни устройства

Принципът на комбинираната верига се основава на факта, че устройствата във всяка група са свързани паралелно. А свързването на всички групи в една верига се извършва последователно.

Чрез комбиниране на различни видове връзки е лесно да се сглоби батерия с необходимите параметри. Най-важното е, че броят на свързаните клетки трябва да е такъв, че работното напрежение, приложено към батериите, включително спадът на напрежение през зарядната верига, да е по-голямо от самите батерии, а токът на натоварване на батерията да осигурява необходимия ток на зареждане.