Vabade päikesekiirte efektiivne muundamine energiaks, mida saab kasutada elamute ja muude rajatiste toiteks, on paljude rohelise energia eest vabandajate hinnaline unistus.
Kuid päikesepatarei tööpõhimõte ja selle efektiivsus on sellised, et pole vaja rääkida selliste süsteemide kõrgest efektiivsusest. Oleks tore, kui teil oleks oma täiendav elektrienergia allikas. Pole see? Veelgi enam, isegi tänapäeval varustatakse Venemaal päikesepaneelide abil märkimisväärset hulka kodumajapidamisi edukalt tasuta elektrienergiaga. Sa ikka ei tea, kust alustada?
Allpool räägime teile päikesepaneeli seadmest ja tööpõhimõtetest, saate teada, millest sõltub päikesesüsteemi efektiivsus. Ja artiklis postitatud videod aitavad päikesepaneeli isiklikult fotoelementidest kokku panna.
Päikesepaneelid: terminoloogia
"Päikeseenergia" teemas on palju nüansse ja segadust. Algajatel on alguses keeruline kõigist võõrastest mõistetest aru saada. Kuid ilma selleta pole päikeseenergiaga tegelemine, päikesevarustuse genereerimiseks vajalike seadmete hankimine mõistlik.
Teadmatult saate mitte ainult vale paneeli valida, vaid lihtsalt ühendatult põletada või eraldada sellest liiga vähe energiat.
Pildigalerii
Foto:
Päikesepaneelidest paigaldamine võimaldab teil mõistlikult kasutada päikesevalguse vaba, lisaks ammendamatut energiat
Päikesepaneelidest kokkupandud miniatuursed elektrijaamad annavad energiat elektritamata objektidele ja majadele, mis asuvad piirkondades, kus elektrivarustus on katkenud
Rajatised, mis töötlevad ultraviolettkiirgust elektrienergiaks, võtavad minimaalselt ruumi. need asuvad majade, kõrvalhoonete, garaažide, lehtlate, verandade katustel. Harvem asuvad nad avatud aladel, kus ehitised ja istutused ei asu.
Päikesepaneelid on reisisõpradele asendamatud seadmed. See annab energiat energiaallikatest eemal
Päikeseenergia kasutamine annab võimaluse märkimisväärselt vähendada suvilate ja maamajade ülalpidamiskulusid. saate kulutasuvat süsteemi ilma raskusteta oma kätega kokku panna ja paigaldada
Jahi ahtris, laevatekil või paadi vööris asuvad päikesepaneelid annavad elektrienergiat, tänu millele on võimalik säilitada stabiilne side kaldaga
Akuga kaasaskantav päikesepaneel välistab ekstreemsete olukordade tekkimise asulatest kaugel, tagab mobiilsete seadmete laadimise lähedastega suhtlemiseks
Spetsiaalselt matkamiseks loodud kergekaalulised, kompaktsed, päikeseenergial töötavad laadijad pakuvad energiat telefonidele, raadiosaatjatele, tahvelarvutitele ja meediatehnoloogiale
Loodusvarade ratsionaalne kasutamine
Elektrivarustuseta elektrita varustatutele
Päikesepaneelide paigaldamine katusele
Kämpingu mobiilne päikesepatarei
Sõltumatu paigaldus äärelinna piirkonnas
Elektrigeneraator paadisõitudel
Kaasaskantav akuga päikesepaneel
Minimaalne ruumisäästlik seade
Kõigepealt peate mõistma päikeseenergia olemasolevaid seadmeid. Päikesepaneelid ja päikesekollektorid on kaks põhimõtteliselt erinevat seadet. Mõlemad muudavad päikesekiirte energiat.
Kuid esimesel juhul saab tarbija väljundis elektrienergiat ja teisel juhul soojusenergiat kuumutatud jahutusvedeliku kujul, s.o. Päikesepaneele kasutatakse maja kütmiseks.
Päikesepaneelilt maksimaalse tulu saab ainult siis, kui teate, kuidas see töötab, millistest komponentidest ja komponentidest see koosneb ning kuidas see kõik õigesti ühendab
Teine nüanss on mõiste „päikesepatarei” enda kontseptsioon. Tavaliselt viitab sõna "aku" mingile energiasalvestusseadmele. Või tuleb meelde banaalne kütteradiaator. Päikesepatareide puhul on olukord kardinaalselt erinev. Nad ei kuhju endasse midagi.
Päikesepaneel tekitab pidevat elektrivoolu. Selle muutmiseks muutujaks (kasutatakse igapäevaelus) peab vooluringis olema muundur
Päikesepaneelid on mõeldud eranditult elektrivoolu genereerimiseks. See omakorda koguneb maja varustamiseks elektriga öösel, kui päike loojub horisondi kohal, juba patareides, mis asuvad lisaks objekti toiteskeemile.
Aku all mõeldakse sama tüüpi komponentide teatava kombinatsiooni kontekstis, mis on kokku koondatud ühte tervikusse. Tegelikult on see lihtsalt paneel mitmest identsest fotoelemendist.
Päikesepatarei sisemine struktuur
Järk-järgult muutuvad päikesepaneelid odavamaks ja tõhusamaks. Nüüd kasutatakse neid tänavavalgustite, nutitelefonide, elektriautode, eramajade ja kosmoses asuvate satelliitide akude laadimiseks. Neist asusid nad isegi täiemahuliste päikeseenergiajaamade (SES) ehitamiseks, millel on suured tootmismahud.
Päikeseelement koosneb paljudest fotoelementidest (fotogalvaaniliste fotoelementide fotogalvaanilised muundurid), mis teisendavad päikesest pärit footonite energia elektrienergiaks
Iga päikesepatarei on paigutatud üheksanda arvu moodulite plokiks, mis ühendavad järjestikku ühendatud pooljuhtfotosid. Sellise aku tööpõhimõtete mõistmiseks on vaja mõista selle lõpliku lüli toimimist pooljuhtide alusel loodud päikesepaneeli seadmes.
Fotoelementide kristallide tüübid
Erinevatest keemilistest elementidest pärit päikesepatareide jaoks on palju võimalusi. Enamik neist on aga areng algfaasis. Siiani toodetakse tööstuslikes mõõtmetes ainult ränil põhinevaid päikeseelementide paneele.
Ränist pooljuhte kasutatakse päikesepatareide tootmisel, kuna nende madalad kulud ei saa kiidelda eriti kõrge efektiivsusega
Päikesepaneelis levinud päikeseelement on õhuke plaat, mis koosneb kahest räni kihist, millest igal on oma füüsikalised omadused. See on klassikaline pooljuhtide pn-ristmik elektron-augu paaridega.
Kui footonid sisenevad PEC nende pooljuhtide kihtide vahel kristalli ebahomogeensuse tõttu, moodustub värava foto-emf, mille tulemuseks on potentsiaalide erinevus ja elektronide vool.
Päikesepatareide ränivahvlid erinevad tootmistehnoloogia poolest järgmiselt:
- Monokristalliline.
- Polükristalliline.
Esimestel on suurem efektiivsus, kuid nende tootmise kulud on kõrgemad kui viimastel. Väliselt saab päikesepaneelil olevat varianti kuju järgi eristada.
Pildigalerii
Foto:
Helio elektrijaam äärelinna piirkonnas
Monokristallilised päikeseelemendid
Päikesepatareide ilmumine üksikutele kristallidele
Monokristalliline päikeseseade
Paigaldamisvalmis päikesepaneeli tarnimine
Polükristalliline päikeseelement
Polükristalliline päikesepatareide aku
DIY päikesepatareide tootmine
Ühekristallilistel PEC-del on homogeenne struktuur, need on tehtud lõigatud nurkadega ruutude kujul. Polükristallilistel elementidel on seevastu rangelt ruudukujuline kuju.
Polükristalle saadakse sula räni järk-järgulisel jahutamisel. See meetod on äärmiselt lihtne, seetõttu on sellised fotoelemendid odavad.
Kuid päikesevalgusest elektrienergia tootmisel ületab tootlikkus harva 15%. Selle põhjuseks on saadud ränivahvlite "ebapuhtus" ja nende sisemine struktuur. Mida puhtam on räni p-kiht, seda suurem on sellest PEC-i efektiivsus.
Üksikristallide puhtus on selles osas palju suurem kui polükristalliliste analoogide oma. Need ei ole valmistatud sula, vaid kunstlikult kasvatatud terves ränikristallist. Selliste päikesepatareide fotogalvaanilise muundamise koefitsient ulatub juba 20–22% -ni.
Ühises moodulis monteeritakse üksikud fotoelemendid alumiiniumraamile ja nende eest ülalt kaitsmiseks suletakse vastupidava klaasiga, mis ei häiri üldse päikesekiiri
Päikese poole suunatud päikeseelementide plaadi ülemine kiht on valmistatud samast räni, kuid lisatud fosforit. Just viimane saab pn-ristmike süsteemis liigsete elektronide allikaks.
Amorfse fotogalvaanilise räniga painduvate paneelide väljatöötamine on päikeseenergia kasutamisel muutunud tõeliseks läbimurdeks:
Pildigalerii
Foto:
Paindlik päikesevalik
Elastsel fotokellal kleebis ruloodel
Paindlik mobiiltelefoni laadija
Vastupidav mehaanilisele pingele
Päikesepaneeli tööpõhimõte
Kui päikesevalgus langeb fotoelemendile, tekivad selles mittetasakaalulised elektron-augu paarid. Liigsed elektronid ja "augud" kantakse osaliselt läbi pn-ristmiku ühest pooljuhi kihist teise.
Selle tagajärjel ilmub välisele vooluringile pinge. Sel juhul moodustatakse vooluallika positiivne poolus p-kihi kokkupuutel ja negatiivne poolus n-kihi kokkupuutel.
Fotoelemendi kontaktide vaheline potentsiaalne erinevus (pinge) ilmneb n-kihi päikesekiirte kiirguse tagajärjel p-n-ristmiku erinevatest külgedest tulevate aukude ja elektronide arvu muutuse tõttu
Väliskoormusega aku kujul olevad fotoelemendid moodustavad sellega nõiaringi. Selle tulemusel töötab päikesepaneel omamoodi rattana, mille mööda elektronid “jooksevad” mööda valke. Ja laetav aku hakkab tasapisi laadima.
Tavalised räni fotogalvaanilised elemendid on ühe ühendusega elemendid. Elektronide ülekandumine neisse toimub ainult ühe p-n-ristmiku kaudu selle ülemineku tsooniga, mille footonienergia on piiratud.
See tähendab, et iga selline fotoelement on võimeline tootma elektrit ainult kitsast päikesekiirguse spektrist. Kogu muu energia läheb raisku. Seetõttu on päikesepatareide efektiivsus nii madal.
Päikesepatareide efektiivsuse suurendamiseks on nende jaoks mõeldud räni pooljuhtseadised hiljuti tehtud mitme ristmikuga (kaskaad). Uues FEP-s on juba mitu üleminekut. Veelgi enam, igaüks neist selles kaskaadis on loodud oma päikesevalguse spektri jaoks.
Sellistes fotoelementides footonite elektrivooluks muundamise kogu efektiivsus suureneb lõpuks. Kuid nende hind on palju kõrgem. Siin on kas odavus ja madal kasutegur tootmise lihtsus või kõrgem tulu koos kõrgete kuludega.
Päikesepatarei võib töötada nii suvel kui ka talvel (see vajab valgust, mitte soojust) - mida vähem on pilves ja päike paistab eredamalt, seda rohkem tekitab päikesepaneel elektrivoolu
Töötamise ajal soojeneb fotoelement ja kogu aku järk-järgult. Kogu energia, mis ei läinud elektrivoolu tekitamiseks, muundub soojuseks. Sageli tõuseb temperatuur heliopaneeli pinnal 50–55 ° С-ni. Kuid mida kõrgem see on, seda vähem efektiivne fotogalvaaniline element töötab.
Selle tulemusel tekitab sama päikesepatarei mudel soojuses vähem voolu kui külma ilmaga. Fotoelemendid näitavad maksimaalset efektiivsust selgel talvepäeval. Seda mõjutavad kaks tegurit - palju päikest ja loomulik jahutus.
Pealegi, kui lumi kukub paneelile, jätkab see elektrienergia tootmist niikuinii. Pealegi pole lumehelvestel isegi aega selle peal pikali heita, see on kuumutatud fotoelementide kuumusest sulanud.
Päikesepatareide tõhusus
Üks fotoelement annab isegi keskpäeval selge ilmaga üsna palju elektrit, ainult LED-taskulampi töötamiseks piisab.
Väljundvõimsuse suurendamiseks ühendatakse mitu päikesepatareid paralleelses vooluringis alalispinge suurendamiseks ja järjestikku voolu tugevuse suurendamiseks.
Päikesepaneelide efektiivsus sõltub:
- õhutemperatuur ja aku ise;
- koormustakistuse õige valimine;
- päikesevalguse langemisnurk;
- peegeldusvastase katte olemasolu / puudumine;
- valgusvoo võimsus.
Mida madalam on välistemperatuur, seda tõhusamalt töötavad fotoelemendid ja päikesepatarei. Kõik on siin lihtne. Kuid koormuse arvutamisega on olukord keerulisem. See tuleks valida paneeli genereeritud voolu põhjal. Kuid selle väärtus varieerub sõltuvalt ilmastikuoludest.
Heliopaneele toodetakse väljundpingega 12 V - kui aku peab toiteallikaks saama 24 V, siis tuleb sellega paralleelselt ühendada kaks paneeli
Päikesepatarei parameetrite pidev jälgimine ja selle töö käsitsi reguleerimine on problemaatiline. Selleks on parem kasutada juhtkontrollerit, mis reguleerib päikesepaneeli enda seadeid automaatselt, et saavutada sellest maksimaalne jõudlus ja optimaalsed töörežiimid.
Päikesepatarei päikesekiirte ideaalne langemisnurk on sirge. Kui kõrvalekalle on risti 30 kraadi piirides, langeb paneeli kasutegur vaid umbes 5%. Kuid selle nurga edasise suurenemise korral peegeldub üha suurem osa päikesekiirgusest, vähendades sellega päikesepatareide efektiivsust.
Kui aku peab suvel maksimaalselt energiat andma, peaks see olema orienteeritud Päikese keskmise asendi suhtes risti, mille see hõivab kevadise ja sügisese pööripäeva päevadel.
Moskva piirkonna jaoks on see silmapiirini umbes 40–45 kraadi. Kui talvel on vaja maksimaalset, siis tuleks paneel asetada vertikaalsemasse kohta.
Ja veel üks asi - tolm ja mustus vähendavad oluliselt päikesepatareide jõudlust. Sellise "räpase" tõkke kaudu footonid lihtsalt ei jõua nendeni, mis tähendab, et elektriks ei ole midagi teisendada. Paneele tuleb regulaarselt pesta või asetada nii, et vihm peseks tolmu ise.
Mõnel päikesepatareil on sisseehitatud läätsed, et kontsentreerida päikesekiirgus päikesepatareidele. Selge ilmaga suurendab see tõhusust. Kuid tugeva pilvekattega teevad need läätsed ainult kahju.
Kui tavapärane paneel selles olukorras jätkab voolu genereerimist, ehkki väiksemates mahtudes, lakkab objektiivimudel peaaegu täielikult töötamast.
Ideaalis peaks päikesepatareide akust pärit päike olema ühtlaselt valgustatud. Kui üks selle osadest osutub tumenetuks, muutub valgustamata PEC parasiitkoormuseks. Nad mitte ainult ei genereerita sellises olukorras energiat, vaid ka võtavad selle töö elementidelt ära.
Paneelid tuleb paigaldada nii, et päikesekiirte rajal ei oleks puid, ehitisi ega muid takistusi.
Maja elektriskeem päikesest
Päikeseenergia süsteem sisaldab:
- Päikesepaneelid.
- Kontroller.
- Patareid
- Inverter (trafo).
Selle vooluringi kontroller kaitseb nii päikesepaneele kui ka akusid. Ühelt poolt takistab see vastupidiste voolude voolu öösel ja pilves ilmaga ning teiselt poolt kaitseb akusid liigse laadimise / tühjenemise eest.
Päikesepaneelide akud tuleks valida sama vanuse ja mahutavuse osas, vastasel juhul toimub laadimine / tühjenemine ebaühtlaselt, mis põhjustab nende kasutusiga järsku vähenemist
12, 24 või 48 voldise alalisvoolu muutmiseks vahelduvaks 220 voldiks on vaja inverterit.Sellises skeemis ei ole soovitatav kasutada autoakusid, kuna need ei suuda taluda sagedasi ülelaadimisi. Parim on kulutada raha ja osta spetsiaalseid heelium AGM-i või želeeritud OPzS-akusid.
Päikesepaneelide tööpõhimõtted ja ühendusskeem pole mõistmiseks liiga keerulised. Ja meie allpool kogutud videomaterjalide abil on veelgi lihtsam mõista kõiki päikesepaneelide toimimise ja paigaldamise keerukusi.
Fotogalvaanilise päikeseenergia aku toimimine on üksikasjalikult juurdepääsetav ja arusaadav:
Kuidas päikesepaneelid on paigutatud, vaadake järgmist videot:
Päikesepaneeli DIY kokkupanek fotoelementidest:
Suvila päikeseenergia toitesüsteemi iga element tuleb valida õigesti. Patareidel, trafodel ja kontrolleril ilmnevad vältimatud energiakaod. Ja neid tuleb vähendada miinimumini, vastasel juhul väheneb päikesepaneelide piisavalt madal efektiivsus üldiselt nullini.
Materjali uurimise ajal oli küsimusi? Või kas teate väärtuslikku teavet artikli teema kohta ja saate seda meie lugejatele öelda? Palun jätke oma kommentaarid allolevasse lahtrisse.