Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang solar na baterya: kung paano gumagana at gumagana ang isang solar panel

Ang epektibong pag-convert ng mga libreng sinag ng araw sa enerhiya na maaaring magamit sa mga tahanan at iba pang mga pasilidad ay ang itinatangi na pangarap ng maraming mga apologist ng berdeng enerhiya.

Ngunit ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng solar na baterya at ang kahusayan nito ay tulad na hindi na kailangang pag-usapan ang mataas na kahusayan ng mga naturang sistema. Masarap magkaroon ng sariling karagdagang pinagkukunan ng kuryente. Hindi ba? Bukod dito, kahit ngayon sa Russia, sa tulong ng mga solar panel, isang malaking bilang ng mga pribadong sambahayan ang matagumpay na binibigyan ng "libre" na kuryente. Hindi pa rin alam kung saan magsisimula?

Sa ibaba ay sasabihin namin sa iyo ang tungkol sa disenyo at mga prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang solar panel; malalaman mo kung ano ang nakasalalay sa kahusayan ng isang solar system. At ang mga video na nai-post sa artikulo ay makakatulong sa iyo na mag-ipon ng isang solar panel mula sa mga photocell gamit ang iyong sariling mga kamay.

Mga solar panel: terminolohiya

Mayroong maraming mga nuances at pagkalito sa paksa ng "solar energy". Kadalasan mahirap para sa mga nagsisimula na maunawaan ang lahat ng hindi pamilyar na termino sa simula. Ngunit kung wala ito, hindi makatwiran na makisali sa solar energy, pagbili ng mga kagamitan para sa pagbuo ng "solar" na kasalukuyang.

Walang kamalay-malay, hindi mo lamang mapipili ang maling panel, ngunit sunugin mo rin ito kapag ikinonekta ito o kumukuha ng masyadong maliit na enerhiya mula dito.

Una, dapat mong maunawaan ang mga umiiral na uri ng kagamitan para sa solar energy. Ang mga solar panel at solar collectors ay dalawang pangunahing magkaibang device. Pareho nilang kino-convert ang enerhiya ng sinag ng araw.

Gayunpaman, sa unang kaso, ang mamimili ay tumatanggap ng elektrikal na enerhiya sa output, at sa pangalawa, thermal energy sa anyo ng isang pinainit na coolant, i.e. solar panel ay ginagamit para sa pag-init ng bahay.

Ang maximum na pagbabalik mula sa isang solar panel ay maaari lamang makuha sa pamamagitan ng pag-alam kung paano ito gumagana, kung anong mga bahagi at asembliya ang binubuo nito, at kung paano ito lahat ay konektado nang tama

Ang pangalawang nuance ay ang konsepto ng terminong "solar battery". Karaniwan, ang salitang "baterya" ay tumutukoy sa ilang uri ng electrical storage device. O isang banal na radiator ng pag-init ang naiisip. Gayunpaman, sa kaso ng mga solar na baterya ang sitwasyon ay radikal na naiiba. Wala silang naiipon sa kanilang sarili.

Ang solar panel ay bumubuo ng patuloy na electric current. Upang i-convert ito sa variable (ginagamit sa pang-araw-araw na buhay), isang inverter ay dapat na naroroon sa circuit

Ang mga solar panel ay idinisenyo lamang upang makabuo ng electric current. Ito, sa turn, ay naipon upang matustusan ang bahay ng kuryente sa gabi, kapag ang araw ay bumaba sa abot-tanaw, na nasa mga baterya na naroroon din sa circuit ng supply ng enerhiya ng pasilidad.

Ang baterya dito ay sinadya sa konteksto ng isang tiyak na hanay ng mga katulad na bahagi na binuo sa isang solong kabuuan. Sa katunayan, ito ay isang panel lamang ng ilang magkakahawig na mga photocell.

Panloob na istraktura ng isang solar na baterya

Unti-unti, nagiging mas mura at mas mahusay ang mga solar panel.Ginagamit na sila ngayon upang mag-recharge ng mga baterya sa mga street lamp, smartphone, electric car, pribadong bahay at sa mga satellite sa kalawakan. Nagsimula pa silang magtayo ng mga ganap na solar power plant (SPP) na may malalaking generation volume.

Ang solar battery ay binubuo ng maraming photocells (photoelectric converters) na nagpapalit ng enerhiya ng mga photon mula sa araw tungo sa kuryente

Ang bawat solar na baterya ay idinisenyo bilang isang bloke ng isang tiyak na bilang ng mga module, na pinagsasama ang mga semiconductor photocell na konektado sa serye. Upang maunawaan ang mga prinsipyo ng pagpapatakbo ng naturang baterya, kinakailangang maunawaan ang pagpapatakbo ng huling link na ito sa solar panel device, na nilikha batay sa mga semiconductors.

Mga uri ng mga kristal ng photocell

Mayroong isang malaking bilang ng mga pagpipilian sa FEP na ginawa mula sa iba't ibang mga elemento ng kemikal. Gayunpaman, karamihan sa mga ito ay mga pag-unlad sa mga unang yugto. Sa ngayon, ang mga panel lamang na ginawa mula sa mga cell na photovoltaic na nakabatay sa silikon ang kasalukuyang ginawa sa isang pang-industriyang sukat.

Ang Silicon semiconductors ay ginagamit sa paggawa ng mga solar cell dahil sa kanilang mababang halaga; hindi nila maaaring ipagmalaki ang partikular na mataas na kahusayan

Ang isang tipikal na photocell sa isang solar panel ay isang manipis na wafer ng dalawang layer ng silicon, na ang bawat isa ay may sariling pisikal na katangian. Ito ay isang klasikong semiconductor p-n junction na may mga pares ng electron-hole.

Kapag ang mga photon ay tumama sa photovoltaic cell sa pagitan ng mga semiconductor layer na ito, dahil sa inhomogeneity ng kristal, isang gate photo-EMF ay nabuo, na nagreresulta sa isang potensyal na pagkakaiba at isang electron current.

Ang mga silicone wafer ng solar cell ay naiiba sa teknolohiya ng pagmamanupaktura sa:

1. Monocrystalline.
2. Polycrystalline.

Ang una ay may mas mataas na kahusayan, ngunit ang gastos ng kanilang produksyon ay mas mataas kaysa sa huli. Sa panlabas, ang isang pagpipilian ay maaaring makilala mula sa isa pa sa isang solar panel sa pamamagitan ng hugis nito.

Ang mga monocrystalline solar cell ay may homogenous na istraktura, ang mga ito ay ginawa sa anyo ng mga parisukat na may mga gupit na sulok. Sa kaibahan, ang mga elemento ng polycrystalline ay may mahigpit na parisukat na hugis.

Ang mga polycrystal ay nakuha sa pamamagitan ng unti-unting paglamig ng molten silicon. Ang pamamaraang ito ay napaka-simple, kaya naman ang mga naturang photocell ay mura.

Ngunit ang kanilang pagiging produktibo sa mga tuntunin ng pagbuo ng kuryente mula sa solar rays ay bihirang lumampas sa 15%. Ito ay dahil sa "karumihan" ng nagresultang mga wafer ng silikon at ang kanilang panloob na istraktura. Dito, mas dalisay ang p-silicon layer, mas mataas ang kahusayan ng solar cell mula dito.

Ang kadalisayan ng mga solong kristal sa bagay na ito ay mas mataas kaysa sa polycrystalline analogues. Ang mga ito ay ginawa hindi mula sa tinunaw, ngunit mula sa artipisyal na lumago na solidong kristal na silikon. Ang photoelectric conversion coefficient ng naturang solar cells ay umabot na sa 20-22%.

Ang mga indibidwal na photocell ay pinagsama-sama sa isang karaniwang module sa isang aluminum frame, at upang protektahan ang mga ito ay natatakpan sila ng matibay na salamin sa itaas, na hindi sa anumang paraan ay nakakasagabal sa sinag ng araw

Ang tuktok na layer ng photocell plate na nakaharap sa araw ay ginawa mula sa parehong silikon, ngunit may pagdaragdag ng posporus. Ito ang huli na magiging mapagkukunan ng labis na mga electron sa pn junction system.

Ang isang tunay na tagumpay sa larangan ng solar energy ay ang pagbuo ng mga flexible panel na may amorphous photovoltaic silicon:

Prinsipyo ng pagpapatakbo ng solar panel

Kapag ang sikat ng araw ay bumagsak sa isang photocell, ang nonequilibrium na mga pares ng electron-hole ay nabuo sa loob nito. Ang labis na mga electron at butas ay bahagyang inililipat sa pamamagitan ng pn junction mula sa isang layer ng semiconductor patungo sa isa pa.

Bilang resulta, lumilitaw ang boltahe sa panlabas na circuit. Sa kasong ito, ang isang positibong poste ng kasalukuyang pinagmulan ay nabuo sa contact ng p-layer, at isang negatibong poste sa n-layer.

Ang potensyal na pagkakaiba (boltahe) sa pagitan ng mga contact ng photocell ay lumilitaw dahil sa isang pagbabago sa bilang ng mga "butas" at mga electron sa iba't ibang panig ng p-n junction bilang resulta ng pag-iilaw ng n-layer na may solar rays

Ang mga photocell na konektado sa isang panlabas na pagkarga sa anyo ng isang baterya ay bumubuo ng isang mabisyo na bilog kasama nito. Bilang resulta, ang solar panel ay gumagana tulad ng isang uri ng gulong kung saan ang mga electron ay "tumatakbo" nang magkasama sa pagitan ng mga protina. At unti-unting na-charge ang baterya.

Ang mga karaniwang silicon photovoltaic converter ay mga single-junction cell.Ang daloy ng mga electron sa kanila ay nangyayari lamang sa pamamagitan ng isang p-n junction na may zone ng transition na ito na limitado sa photon energy.

Iyon ay, ang bawat naturang photocell ay may kakayahang makabuo ng kuryente mula lamang sa isang makitid na spectrum ng solar radiation. Ang lahat ng iba pang enerhiya ay nasasayang. Kaya naman napakababa ng kahusayan ng FEP.

Upang mapataas ang kahusayan ng mga solar cell, ang mga elemento ng silikon na semiconductor para sa kanila ay nagsimula kamakailan na gawing multijunction (cascade). Mayroon nang ilang mga transition sa mga bagong solar cell. Bukod dito, ang bawat isa sa kanila sa kaskad na ito ay idinisenyo para sa sarili nitong spectrum ng sikat ng araw.

Ang kabuuang kahusayan ng pag-convert ng mga photon sa electric current para sa naturang mga photocell sa huli ay tumataas. Ngunit ang kanilang presyo ay mas mataas. Dito, alinman sa kadalian ng paggawa na may mababang gastos at mababang kahusayan, o mas mataas na pagbabalik kasama ng mataas na gastos.

Ang solar panel ay maaaring gumana pareho sa tag-araw at taglamig (kailangan nito ng liwanag, hindi init) - mas mababa ang maulap at mas maliwanag ang araw, mas maraming electric current ang bubuo ng solar panel

Sa panahon ng operasyon, unti-unting umiinit ang photocell at ang buong baterya. Ang lahat ng enerhiya na hindi ginamit upang makabuo ng electric current ay nababago sa init. Kadalasan ang temperatura sa ibabaw ng solar panel ay tumataas sa 50–55 °C. Ngunit kung mas mataas ito, hindi gaanong mahusay na gumagana ang photovoltaic cell.

Bilang resulta, ang parehong modelo ng solar na baterya ay bumubuo ng mas kaunting kasalukuyang sa mainit na panahon kaysa sa malamig na panahon. Ang mga photocell ay nagpapakita ng pinakamataas na kahusayan sa isang malinaw na araw ng taglamig. Mayroong dalawang mga kadahilanan na naglalaro dito - maraming araw at natural na paglamig.

Bukod dito, kung bumagsak ang snow sa panel, magpapatuloy pa rin ito sa pagbuo ng kuryente.Bukod dito, ang mga snowflake ay hindi na magkakaroon ng oras upang magsinungaling dito, na natunaw mula sa init ng pinainit na mga photocell.

Kahusayan ng baterya ng solar

Ang isang photocell, kahit na sa tanghali sa maaliwalas na panahon, ay gumagawa ng napakakaunting kuryente, sapat lamang upang magpatakbo ng isang LED flashlight.

Upang mapataas ang lakas ng output, maraming mga solar cell ang pinagsama sa isang parallel circuit upang mapataas ang DC boltahe at sa isang serye ng circuit upang mapataas ang kasalukuyang.

Ang kahusayan ng mga solar panel ay nakasalalay sa:

• temperatura ng hangin at ang baterya mismo;
• tamang pagpili ng paglaban ng pagkarga;
• anggulo ng saklaw ng sikat ng araw;
• pagkakaroon/kawalan ng anti-reflective coating;
• kumikinang na kapangyarihan ng pagkilos ng bagay.

Kung mas mababa ang temperatura sa labas, mas mahusay ang mga photocell at ang solar na baterya bilang isang buong trabaho. Simple lang ang lahat dito. Ngunit sa pagkalkula ng pagkarga ang sitwasyon ay mas kumplikado. Dapat itong piliin batay sa kasalukuyang ibinibigay ng panel. Ngunit ang halaga nito ay nag-iiba depende sa mga salik ng panahon.

Ang mga solar panel ay ginawa gamit ang isang output boltahe na isang multiple ng 12 V - kung ang 24 V ay kailangang ibigay sa baterya, pagkatapos ay dalawang mga panel ay kailangang konektado dito nang magkatulad

Ang patuloy na pagsubaybay sa mga parameter ng isang solar na baterya at manu-manong pagsasaayos ng operasyon nito ay may problema. Para sa mga ito ito ay mas mahusay na gamitin control controller, na awtomatikong inaayos ang mga setting ng solar panel upang makamit ang maximum na performance at pinakamainam na operating mode mula dito.

Ang perpektong anggulo ng saklaw ng mga sinag ng araw sa isang solar na baterya ay tuwid. Gayunpaman, kung ang paglihis ay nasa loob ng 30 degrees mula sa patayo, ang kahusayan ng panel ay bumaba ng halos 5%.Ngunit sa karagdagang pagtaas sa anggulong ito, ang pagtaas ng proporsyon ng solar radiation ay makikita, sa gayon ay binabawasan ang kahusayan ng solar cell.

Kung ang baterya ay kinakailangan upang makabuo ng maximum na enerhiya sa tag-araw, pagkatapos ay dapat itong i-orient nang patayo sa average na posisyon ng Araw, na sinasakop nito sa mga equinox sa tagsibol at taglagas.

Para sa rehiyon ng Moscow, ito ay humigit-kumulang 40-45 degrees sa abot-tanaw. Kung ang maximum ay kinakailangan sa taglamig, pagkatapos ay ang panel ay dapat ilagay sa isang mas patayong posisyon.

At isa pang bagay - ang alikabok at dumi ay lubhang nakakabawas sa pagganap ng mga photocell. Ang mga photon ay hindi lamang naabot ang mga ito sa pamamagitan ng tulad ng isang "marumi" na hadlang, na nangangahulugang walang anuman upang ma-convert sa kuryente. Ang mga panel ay dapat na regular na hugasan o ilagay upang ang alikabok ay hugasan ng ulan sa kanilang sarili.

Ang ilang mga solar panel ay may built-in na mga lente upang ituon ang radiation sa solar cell. Sa maaliwalas na panahon ito ay humahantong sa pagtaas ng kahusayan. Gayunpaman, sa mabibigat na ulap, ang mga lente na ito ay nagdudulot lamang ng pinsala.

Kung ang isang maginoo na panel sa ganoong sitwasyon ay patuloy na bumubuo ng kasalukuyang, kahit na sa mas maliliit na volume, kung gayon ang modelo ng lens ay hihinto sa paggana nang halos ganap.

Ang araw ay dapat na perpektong nagpapailaw sa isang baterya ng mga photocell nang pantay-pantay. Kung ang isa sa mga seksyon nito ay lumalabas na madilim, kung gayon ang hindi naiilaw na mga solar cell ay nagiging isang parasitic load. Hindi lamang sila gumagawa ng enerhiya sa ganoong sitwasyon, ngunit inaalis din nila ito mula sa mga gumaganang elemento.

Ang mga panel ay dapat na naka-install upang walang mga puno, gusali o iba pang mga hadlang sa landas ng sinag ng araw.

House solar power supply diagram

Kasama sa solar power supply system ang:

1. Solar panel.
2. Controller.
3. Mga baterya.
4. Inverter (transpormer).

Pinoprotektahan ng controller sa circuit na ito ang parehong mga solar panel at baterya. Sa isang banda, pinipigilan nito ang daloy ng mga baligtad na agos sa gabi at sa maulap na panahon, at sa kabilang banda, pinoprotektahan nito ang mga baterya mula sa labis na pag-charge/discharge.

Ang mga rechargeable na baterya para sa mga solar panel ay dapat piliin na pareho sa edad at kapasidad, kung hindi man ang pag-charge/discharge ay magaganap nang hindi pantay, na hahantong sa isang matinding pagbawas sa kanilang buhay ng serbisyo

Upang baguhin ang direktang kasalukuyang ng 12, 24 o 48 volts sa alternating current na 220 volts kailangan mo inverter. Ang mga baterya ng kotse ay hindi inirerekomenda para sa paggamit sa naturang circuit dahil sa kanilang kawalan ng kakayahan na makatiis ng madalas na recharging. Pinakamainam na gumastos ng pera at bumili ng espesyal na helium AGM o binaha na mga OPzS na baterya.

Mga konklusyon at kapaki-pakinabang na video sa paksa

Mga prinsipyo ng pagpapatakbo at mga diagram ng koneksyon ng solar panel hindi masyadong mahirap intindihin. At sa mga materyal na video na nakolekta namin sa ibaba, mas magiging mas madaling maunawaan ang lahat ng mga intricacies ng paggana at pag-install ng mga solar panel.

Ito ay naa-access at naiintindihan kung paano gumagana ang isang photovoltaic solar na baterya, sa lahat ng mga detalye nito:

Tingnan kung paano gumagana ang mga solar panel sa sumusunod na video:

DIY solar panel assembly mula sa photocells:

Ang bawat elemento sa solar power system cottage ay dapat piliin nang tama. Ang hindi maiiwasang pagkawala ng kuryente ay nangyayari sa mga baterya, mga transformer at controller. At dapat silang bawasan sa isang minimum, kung hindi man ang medyo mababang kahusayan ng mga solar panel ay mababawasan sa zero.

Mayroon ka bang anumang mga katanungan habang pinag-aaralan ang materyal? O alam mo ba ang mahalagang impormasyon sa paksa ng artikulo at maibabahagi mo ito sa aming mga mambabasa? Mangyaring iwanan ang iyong mga komento sa block sa ibaba.