Toimintaperiaate: aurinkoparistot. Kuinka aurinkopaneelit toimivat

Onko talon lämmittäminen kaasulla kallista? Vai sammutatko jatkuvasti mökkisi valot? Tai ehkä olet kyllästynyt maksamaan liikaa sähköstä? Aurinkopaneelin asentaminen auttaa sinua, joka tarjoaa sinulle sähkön lisäksi myös lämmityksen. Tässä artikkelissa tarkastellaan aurinkopariston toimintaperiaatetta ja sen eroja aurinkokeräimeen verrattuna.

Mikä on aurinkopariston toiminnan ydin?

Aurinkoakku, joka tunnetaan myös nimellä valoakku, on valokuvalevy, joka muuttaa yksittäisten osien johtavuutta auringonvalon vaikutuksesta.

Tämä mahdollistaa näiden siirtymien energian muuntamisen sähköenergiaksi, joka joko käytetään välittömästi tai kerääntyy.
Aurinkopariston toimintaperiaatteen ymmärtämiseksi sinun on tiedettävä muutama seikka:

Joten miten aurinkopaneeli toimii?

Auringonvalo osuu negatiivisesti varautuneeseen paneeliin. Se aiheuttaa ylimääräisten negatiivisten varausten ja "aukkojen" aktiivisen muodostumisen. P-n-liitoksessa olevan sähkökentän vaikutuksesta tapahtuu positiivisesti ja negatiivisesti varautuneiden hiukkasten erottuminen. Ensimmäiset lähetetään ylempään kerrokseen ja jälkimmäiset alempaan. Siten syntyy potentiaaliero, toisin sanoen vakiojännite (U). Tämän perusteella voidaan nähdä, että yksi valomuunnin toimii akun periaatteella. Ja kun kuorma on kytketty siihen, virta syntyy piiriin. Virran voimakkuus riippuu parametreista, kuten:

Aurinkokennoja on useita tyyppejä: moni- ja yksikiteisiä sekä amorfisia.
Yksikiteiset ovat vähiten tuottavia, mutta samalla edullisimpia. Tältä osin niiden käyttö on perusteltua lisäenergialähteenä keskitetyn virransyötön katkeamisen yhteydessä.
Monikiteet ovat näissä kahdessa parametrissa väliasennossa, ja siksi niitä voidaan käyttää syrjäisillä alueilla ilman keskitettyä virtalähdettä.

Amorfiset aurinkokennot ovat erittäin tehokkaita, mutta myös erittäin kalliita. Ne perustuvat amorfiseen piihin.

Tämä kehitys ei ole vielä saavuttanut teollista tasoa ja on kokeiluvaiheessa.

Miksi tarvitset ohjaimen aurinkoakkuun?

Aurinkoparistot, joiden toimintaperiaate on kuvattu edellä, eivät pystyneet tehokkaasti korvaamaan keskusvirtalähdejärjestelmiä, elleivät ne olisi varustettu säätimillä, jotka pystyvät valvomaan aurinkoakun varausastetta.

Ohjainten avulla voit jakaa aurinkopaneeleista tulevaa energiaa uudelleen ohjaamalla sen tarvittaessa suoraan kulutuslähteeseen tai varastoimalla sen akkuun.
Aurinkopaneelisäätimiä on useita tyyppejä, jotka eroavat toisistaan ​​siinä, missä määrin ne lisäävät aurinkopaneelijärjestelmän kokonaistehokkuutta.

Vaihtoehtoisten energialähteiden käyttöön liittymiseksi ei ole ollenkaan välttämätöntä ostaa kallista aurinkoakkua. Aurinkoenergian käyttämisestä sähkön tuottamiseen on helppokäyttöisempiä esimerkkejä. Puhumme tällä hetkellä suosituista aurinkoenergialla toimivista puutarhavalaisimista.

Tällaisten taskulamppujen avulla voit valaista puutarhatonttisi yöllä kuluttamatta ylimääräistä sähköä.

Tällaisten taskulamppujen toimintaperiaate on, että taskulampun yläosaan asennetun kasvilevyn kautta otetaan talteen ja muunnetaan aurinkoenergiaa, joka kerääntyy pieneen akkuun, joka sijaitsee taskulampun pohjassa. Kertyneen energian kulutus tapahtuu pimeässä.

Ammattipiireissä auringonvalon sähköksi muuntavia paneeleja kutsutaan aurinkosähkömuuntimiksi, joita kutsutaan yleisesti aurinkopaneeleiksi puhekielessä tai kirjoitettaessa suurelle yleisölle ymmärrettäviä artikkeleita. Näiden laitteiden, joista ensimmäiset työkopiot ilmestyivät melko kauan sitten, toimintaperiaate on itse asiassa varsin yksinkertaista ymmärtää vain koulusta saatuja tietoja.

Ei ole mikään salaisuus, että pn-liitos voi muuntaa valon sähköksi. Koulukokeissa he usein suorittavat kokeen transistorilla, jonka yläkansi on katkaistu, jolloin valo putoaa pn-liittimeen. Kytkemällä siihen volttimittarin voit tallentaa kuinka tällainen transistori lähettää pientä sähkövirtaa valolla säteilytettynä. Ja jos lisäät pn-liitoksen pinta-alaa, mitä tapahtuu tässä tapauksessa? Aiempien vuosien tieteellisten kokeiden aikana asiantuntijat valmistivat p-n-liitoksen laaja-alaisilla levyillä, mikä synnytti aurinkosähkömuuntimia, joita kutsutaan aurinkokennoiksi.

Nykyaikaisten aurinkopaneelien toimintaperiaate on säilynyt niiden pitkästä olemassaolosta huolimatta. Vain suunnittelua ja tuotannossa käytettyjä materiaaleja on parannettu, minkä ansiosta valmistajat lisäävät vähitellen sellaista tärkeää parametria kuin valosähköistä muunnoskerrointa tai laitteen hyötysuhdetta. On myös syytä sanoa, että aurinkopariston lähtövirran ja jännitteen suuruus riippuu suoraan siihen vaikuttavan ulkoisen valaistuksen tasosta.

Yllä olevasta kuvasta näkyy, että p-n-liitoksen yläkerros, jossa on ylimäärä elektroneja, on kytketty metallilevyihin, jotka toimivat positiivisena elektrodina, välittävät valoa ja antavat elementille lisäjäykkyyttä. Aurinkokennosuunnittelun pohjakerroksessa on elektronien puute ja siihen on liimattu kiinteä metallilevy, joka toimii negatiivisena elektrodina.

Aurinkoakun valmistustekniikka vaikuttaa sen tehokkuuteen

Uskotaan, että ihannetapauksessa aurinkoakun hyötysuhde on lähes 20 %. Käytännössä ja www.site-sivuston asiantuntijoiden mukaan se on kuitenkin suunnilleen vain 10%, huolimatta siitä, että joillakin aurinkopaneeleilla se on enemmän, toisilla vähemmän. Tämä riippuu pääasiassa p-n-liitoksen tekemiseen käytetystä tekniikasta. Suosituimmat ja suurimman hyötysuhteen omaavat aurinkoparistot ovat edelleen yksikiteisestä tai monikiteisestä piistä valmistetut. Lisäksi jälkimmäiset ovat yhä yleisempiä suhteellisen halvuutensa vuoksi. Minkä tyyppiseen rakenteeseen aurinkoparisto kuuluu, voidaan määrittää paljaalla silmällä. Yksikiteisillä valomuuntimilla on yksinomaan musta-harmaa väri, kun taas monikiteiseen piiin perustuvat mallit erottuvat sinisestä pinnasta. Valamalla valmistetut monikiteiset aurinkokennot ovat osoittautuneet halvemmiksi valmistaa. Poly- ja monokiteisillä kiekoilla on kuitenkin myös yksi haittapuoli - niihin perustuvilla aurinkokennoilla ei ole joustavuutta, mikä ei joissain tapauksissa haittaa.

Tilanne muuttui, kun vuonna 1975 syntyivät amorfiset piiaurinkokennot, joiden aktiivisen elementin paksuus on 0,5-1 mikronia, mikä antaa niille joustavuutta. Perinteisten piielementtien paksuus on 300 mikronia. Huolimatta amorfisen piin valon absorptiosta, joka on noin 20 kertaa suurempi kuin tavanomaisen piin, tämän tyyppisten aurinkokennojen hyötysuhde, nimittäin hyötysuhde, ei kuitenkaan ylitä 12 %. Mono- ja monikiteisillä vaihtoehdoilla se voi saavuttaa 17% ja 15%.

Materiaali, josta levyt on valmistettu, vaikuttaa aurinkokennojen suorituskykyyn

Puhdasta piitä ei käytännössä käytetä aurinkokennojen kiekkojen valmistuksessa. Useimmiten booria käytetään epäpuhtauksina positiivisen varauksen tuottavan levyn valmistuksessa ja arseenia negatiivisesti varautuneiden levyjen valmistuksessa. Niiden lisäksi aurinkokennojen valmistuksessa käytetään yhä enemmän komponentteja, kuten arsenidi, gallium, kupari, kadmium, telluridi, seleeni ja muut. Niiden ansiosta aurinkopaneelit eivät ole yhtä herkkiä ympäristön lämpötilan muutoksille.

Useimmat aurinkopaneelit voivat varastoida energiaa, mikä edustaa järjestelmiä

Nykymaailmassa aurinkoparistoja käytetään yhä harvemmin erillään muista laitteista, jotka edustavat usein niin kutsuttuja järjestelmiä. Ottaen huomioon, että aurinkokennot tuottavat sähköä vain suoraan auringonvalolle tai valolle altistuessaan, niistä tulee käytännössä hyödyttömiä yöllä tai pilvisenä päivänä. Aurinkovoimalla toimivien järjestelmien kanssa asiat ovat toisin. Ne on varustettu akulla, joka voi kerätä sähkövirtaa päivällä, kun aurinkoakku tuottaa sitä, ja yöllä kertynyt varaus voidaan jakaa kuluttajille.

Tehon, lähtöjännitteen ja virran lisäämiseksi aurinkopaneeleilla luodaan paneeleja, joissa yksittäiset elementit on kytketty sarjaan tai rinnan.

Nykyään melkein jokainen voi kerätä ja hankkia omansa riippumaton sähkönlähde aurinkopaneeleilla(tieteellisessä kirjallisuudessa niitä kutsutaan aurinkosähköpaneelit).

Ajan myötä kalliita laitteita kompensoi mahdollisuus saada ilmaista sähköä. On tärkeää, että aurinkopaneelit ovat ympäristöystävällinen energianlähde. Aurinkosähköpaneelien hinnat ovat viime vuosina laskeneet kymmeniä kertoja ja ne jatkavat laskuaan, mikä viittaa suuriin käyttönäkymiin.

Klassisessa muodossaan tällainen sähkönlähde koostuu seuraavista osista: suoraan, aurinkoparistosta (DC-generaattorista), akusta, jossa on latausohjauslaite ja invertteristä, joka muuntaa tasavirran vaihtovirraksi.

Aurinkopaneelit koostuvat sarjasta aurinkokennot (valosähkömuuntimet), jotka muuttavat aurinkoenergian suoraan sähköenergiaksi.

Suurin osa aurinkokennoista on valmistettu piistä, mikä on melko kallista. Tämä tosiasia määrittää korkeat sähköenergian kustannukset, joka saadaan aurinkopaneeleilla.

Aurinkosähkömuuntimia on kahta yleistä: yksikiteisestä ja monikiteisestä piistä valmistetut. Ne eroavat tuotantotekniikaltaan. Ensin mainittujen hyötysuhde on jopa 17,5%, ja jälkimmäisten - 15%.

Aurinkoakun tärkein tekninen parametri, jolla on suuri vaikutus koko asennuksen tehokkuuteen, on se hyödyllistä voimaa. Se määräytyy jännitteen ja lähtövirran perusteella. Nämä parametrit riippuvat akkuun osuvan auringonvalon voimakkuudesta.

E.m.f. Yksittäisten aurinkokennojen sähkövoima (sähkövoima) ei riipu niiden pinta-alasta ja pienenee, kun akku kuumenee auringon vaikutuksesta, noin 0,4 % per 1 g. C. Lähtövirta riippuu auringon säteilyn voimakkuudesta ja aurinkokennojen koosta. Mitä kirkkaampi auringonvalo on, sitä enemmän aurinkokennot tuottavat virtaa. Latausvirta ja teho pienenevät jyrkästi pilvisellä säällä. Tämä tapahtuu vähentämällä akun syöttämää virtaa.

Jos auringon valaisema akku kytketään mihin tahansa kuormaan, jonka resistanssi on Rн, niin piiriin ilmestyy sähkövirta I, jonka suuruuden määrää valosähköisen muuntimen laatu, valaistuksen voimakkuus ja kuormitusvastus. Teho Pн, joka vapautuu kuormassa, määräytyy tulolla Pн = InUn, jossa Un on akun napojen jännite.

Suurin teho vapautuu kuormassa tietyllä optimaalisella resistanssilla Ropt, joka vastaa korkeinta tehokkuutta valoenergian muuntamisessa sähköenergiaksi. Jokaisella muuntimella on oma Ropt-arvonsa, joka riippuu laadusta, työpinnan koosta ja valaistusasteesta.

Aurinkoenergia akku koostuu yksittäisistä aurinkokennoista, jotka on kytketty sarjaan ja rinnan lähtöparametrien (virta, jännite ja teho) lisäämiseksi. Kun elementit kytketään sarjaan, lähtöjännite kasvaa ja rinnakkain kytkettynä lähtövirta kasvaa. Virran ja jännitteen lisäämiseksi nämä kaksi kytkentätapaa yhdistetään. Lisäksi tällä kytkentämenetelmällä yhden aurinkokennon vikaantuminen ei johda koko ketjun vikaantumiseen, ts. lisää koko akun luotettavuutta.

Täten, Aurinkoakku koostuu rinnakkain kytketyistä aurinkokennoista. Akun syöttämän suurimman mahdollisen virran arvo on suoraan verrannollinen rinnankytkettyjen lukumäärään ja emf. - sarjaan kytketyt aurinkokennot. Joten yhdistämällä liitäntätyyppejä kootaan akku vaadituilla parametreilla.

Akun aurinkokennot on suojattu diodeilla. Yleensä niitä on 4 - yksi jokaista ¼ akkua kohti. Diodit suojaavat akun osia vioittumiselta, joka on jostain syystä tummunut, eli jos valo ei jossain vaiheessa osu niihin. Akku tuottaa tilapäisesti 25 % vähemmän tehoa kuin silloin, kun aurinko valaisee akun koko pinnan normaalisti.

Diodien puuttuessa nämä aurinkokennot ylikuumenevat ja rikkoutuvat, koska ne muuttuvat tummenemisen aikana virrankuluttajiksi (akut purkautuvat aurinkokennojen kautta), ja kun diodeja käytetään, ne ohitetaan, eikä niiden läpi kulje virtaa. Diodien on oltava pieniresistanssi, jotta ne vähentävät jännitehäviötä. Schottky-diodeja on viime aikoina käytetty näihin tarkoituksiin.

Tuloksena oleva sähköenergia varastoidaan akkuihin ja siirretään sitten kuormaan. - kemialliset virtalähteet. Akku latautuu, kun siihen kohdistetaan potentiaali, joka on suurempi kuin akun jännite.

Sarjaan ja rinnan kytkettyjen aurinkokennojen lukumäärän tulee olla sellainen, että akkuihin syötettävä käyttöjännite latauspiirin jännitehäviö huomioiden ylittää hieman akun jännitteen ja akun kuormitusvirta antaa tarvittavan määrän latausvirrasta.

Esimerkiksi 12 V lyijyakun lataamiseen tarvitaan 36 kennosta koostuva aurinkoakku.

Heikossa auringonvalossa akun varaus laskee ja akku siirtää sähköenergiaa sähkövastaanottimeen, ts. Ladattavat akut toimivat jatkuvasti purkaus- ja lataustilassa.

Tätä prosessia ohjataan. Syklinen lataus vaatii vakiojännitteen tai jatkuvan latausvirran.

Kun valaistus on hyvä, akku latautuu nopeasti 90 prosenttiin nimelliskapasiteetistaan ​​ja sitten hitaammin täyteen. Vaihtaminen pienempään latausnopeuteen tapahtuu laturin ohjaimella.

Tehokkainta on käyttää erikoisakkuja (akku käyttää elektrolyyttinä rikkihappoa) ja lyijyakkuja, jotka on valmistettu AGM-teknologialla. Nämä akut eivät vaadi erityisiä asennusolosuhteita eivätkä vaadi huoltoa. Tällaisten akkujen sertifioitu käyttöikä on 10 - 12 vuotta, ja purkaussyvyys on enintään 20%. Akkuja ei saa koskaan purkaa alle tämän arvon, muuten niiden käyttöikä lyhenee huomattavasti!

Akku on kytketty aurinkopaneeliin ohjaimen kautta, joka ohjaa sen latausta. Kun akku on ladattu täyteen, aurinkopaneeliin kytketään vastus, joka imee ylimääräistä tehoa.

Voit muuntaa akun tasajännitteen vaihtojännitteeksi, jota voidaan käyttää useimpien sähkövastaanottimien virtalähteenä, yhdessä aurinkoparistojen kanssa, voit käyttää erikoislaitteita -.

Ilman invertteriä aurinkoparistolla voidaan antaa virtaa vakiojännitteellä toimiville sähkövastaanottimille, mm. erilaisia ​​kannettavia laitteita, energiaa säästäviä valonlähteitä, esimerkiksi samoja LED-lamppuja.

Aikoinaan he käyttivät peilejä veden lämmittämiseen, mutta nyt he rakentavat kokonaisia ​​voimalaitoksia aurinkopaneeleilla. Katsotaanpa aurinkopariston toimintaperiaatetta ja miksi ne ovat niin tehokkaita energian tuottamisessa.

Aurinkosähköiset aurinkoenergiamuuntimet (PVC) ovat aurinkopaneelien koko nimi. Niiden toimintaperiaatteet ovat olleet tiedossa yli 30 vuotta, mutta niitä alettiin aktiivisesti toteuttaa arjessa vasta muutama vuosi sitten. Oikeiden paneelien valitsemiseksi vaihtoehtoiseen energiansyöttöjärjestelmään on tarpeen ymmärtää niiden toimintaperiaate.

Aurinkoakun toimintaperiaate

Muunninpaneeli koostuu kahdesta ohuesta puhtaasta piikiekosta, jotka on pinottu yhteen. Toiselle levylle levitetään booria ja toiselle fosforia. Fosforilla päällystetyissä kerroksissa ilmaantuu vapaita elektroneja ja boorilla päällystetyissä kerroksissa puuttuvat elektronit. Auringonvalon vaikutuksesta elektronit alkavat siirtää hiukkasia, ja niiden väliin syntyy sähkövirta. Virran poistamiseksi levyistä ne juotetaan ohuilla erikoiskäsitellyllä kuparilla. Yksi piikiekko riittää pienen taskulampun lataamiseen. Vastaavasti mitä suurempi paneelin pinta-ala, sitä enemmän se tuottaa energiaa.

UV-säteilyä läpäisevät levyt on juotettu yhteen, laminoidaan kalvolla ja kiinnitetään lasiin. Liimatut kerrokset on suljettu alumiinirunkoon.

Aurinkopaneelien tehokkuus

Muuntopaneelien tehokkuus riippuu useista tekijöistä, ja perinteisillä aurinkopaneeleilla se ei ylitä 25%, vaikka nyt seurantajärjestelmän avulla on mahdollista saavuttaa 40-50%. Tämä järjestelmä on suunniteltu siten, että akku kääntyy aurinkoa kohti. Akun pinta-ala vaikuttaa suoraan sen tehoon - ensimmäiset tapaamamme aurinkopaneelit olivat laskimissa. Veden lämmityksen varmistamiseksi tarvitaan vähintään kuusi kattoon asennettua paneelia.

Tehokkuus riippuu myös moduulien materiaalista. Kiekot valmistetaan yksikiteisestä, monikiteisestä ja amorfisesta piistä ja kalvoista. Nykyään yleisimmät ja suosituimmat (edullisten kustannustensa vuoksi) ovat ohutkalvopaneelit. Ne on valmistettu samoista materiaaleista, mutta ovat hieman kevyempiä, vaikka ne ovat suorituskyvyltään huonompia. Suurin hyötysuhde on 25 %.

Aurinkosähkö järjestelmät

Pelkät paneelit eivät riitä asunnon tarjoamiseen aurinkoenergialla, vaan tarvitset aurinkosähköjärjestelmän (PVS). Tällaisia ​​järjestelmiä on kolmenlaisia:

• autonomiset aurinkovoimalat– omakotitaloihin, ei-asuinalueille
• FES kytketty sähköverkkoon– osa laitteista saa virtansa aurinkovoimalasta ja osa keskitetystä sähköverkosta
• vara-aurinkovoimaloita– käytetään vain keskitetyn virransyöttöhäiriön sattuessa.

Minkä tahansa tyyppinen aurinkovoimala koostuu välttämättä kaapeleista, ohjaimesta, invertteristä ja akusta.

Aurinkopaneelien tulevaisuus

Öljy- ja kaasuvaroja on ekologien ja geologien tutkimusten mukaan jäljellä vielä 100. Luonnonenergian lähteet (vesi, tuuli ja aurinko) ovat ehtymättömät.

Kehittyneissä Euroopan maissa uusien rakennusten toimittaminen vaihtoehtoisella energialla on ollut suoraan kehittäjien vastuulla vuodesta 2007 lähtien. Maassamme näitä hankkeita edistetään ympäristöystävien ansiosta, jotka kokoavat FES:n manuaalisesti romumateriaaleista. Mutta niitä on vain muutama, ja niitä on melko vaikea tehdä itse.

Useat ukrainalaiset valmistajat (Avante, Atmosphere, ITnelcon of Ukraine, SINTEK, Techno-AS) valmistavat jo tällaisia ​​paneeleja ja asentavat aurinkovoimaloita koko maahan. Tuotteiden kustannukset ovat valitettavasti samalla alueella kuin ulkomaiset tuotemerkit (Buderus, Wolf, Rehau, Vaillant, Viessmann, Chromagen, Ferroli, Rucelf, Solver).

Auringon vapaiden säteiden tehokas muuntaminen energiaksi, jota voidaan käyttää koteihin ja muihin tiloihin, on monien vihreän energian anteeksiantajien vaalittu unelma.

Mutta aurinkoakun toimintaperiaate ja sen tehokkuus ovat sellaisia, että tällaisten järjestelmien korkeasta hyötysuhteesta ei vielä tarvitse puhua. Olisi kiva saada oma lisäsähkölähde. Eikö ole? Lisäksi jopa tänään Venäjällä aurinkopaneelien avulla huomattava määrä kotitalouksia toimitetaan menestyksekkäästi "ilmaisella" sähköllä. Etkö vieläkään tiedä mistä aloittaa?

Alla kerromme aurinkopaneelin suunnittelusta ja toimintaperiaatteista, opit mistä aurinkojärjestelmän tehokkuus riippuu. Ja artikkelissa lähetetyt videot auttavat sinua kokoamaan aurinkopaneelin valokennoista omin käsin.

"Aurinkoenergian" aiheessa on melko paljon vivahteita ja sekaannusta. Aloittelijan on usein vaikea ymmärtää aluksi kaikkia tuntemattomia termejä. Mutta ilman tätä on kohtuutonta harjoittaa aurinkoenergiaa ostamalla laitteita "aurinkovirran" tuottamiseksi.

Tietämättäsi et voi vain valita väärää paneelia, vaan myös yksinkertaisesti polttaa sen kytkettäessä tai ottaa siitä liian vähän energiaa.

Aurinkopaneelin maksimituotto voidaan saada vain tietämällä, miten se toimii, mistä komponenteista ja kokoonpanoista se koostuu ja kuinka se kaikki on kytketty oikein

Ensinnäkin sinun pitäisi ymmärtää olemassa olevat aurinkoenergian laitteet. Aurinkopaneelit ja aurinkokeräimet ovat kaksi pohjimmiltaan erilaista laitetta. Molemmat muuntavat auringonsäteiden energiaa.

Kuitenkin ensimmäisessä tapauksessa kuluttaja saa sähköenergiaa lähdössä ja toisessa lämpöenergiaa lämmitetyn jäähdytysnesteen muodossa.

Toinen vivahde on termin "aurinkoakku" käsite. Tyypillisesti sana "akku" viittaa jonkinlaiseen sähköiseen tallennuslaitteeseen. Tai banaali lämmityspatteri tulee mieleen. Aurinkoakkujen tapauksessa tilanne on kuitenkin radikaalisti toinen. He eivät kerää itseensä mitään.

Aurinkopaneeli tuottaa jatkuvaa sähkövirtaa. Muuntaaksesi sen muuttujaksi (käytetään jokapäiväisessä elämässä), piirissä on oltava invertteri

Aurinkopaneelit on suunniteltu ainoastaan ​​tuottamaan sähkövirtaa. Se puolestaan ​​​​kertyy toimittamaan talon sähköä yöllä, kun aurinko laskee horisontin alapuolelle, jo akkuihin, jotka ovat lisäksi läsnä laitoksen energiansyöttöpiirissä.

Akku tarkoittaa tässä yhteydessä tiettyä sarjaa samanlaisia ​​komponentteja, jotka on koottu yhdeksi kokonaisuudeksi. Itse asiassa se on vain useiden identtisten valokennojen paneeli.

Aurinkoakun sisäinen rakenne

Aurinkopaneelit ovat vähitellen halvempia ja tehokkaampia. Niitä käytetään nykyään akkujen lataamiseen katuvaloissa, älypuhelimissa, sähköautoissa, yksityiskodeissa ja avaruuden satelliiteissa. He jopa alkoivat rakentaa täysimittaisia ​​aurinkovoimaloita (SPP) suurilla tuotantomäärillä.

Aurinkoakku koostuu useista valokennoista (valosähköisistä muuntimista), jotka muuttavat auringon fotonien energian sähköksi

Jokainen aurinkoparisto on suunniteltu tietyn määrän moduuleita sisältäväksi lohkoksi, joka yhdistää sarjaan kytketyt puolijohdevalokennot. Tällaisen akun toimintaperiaatteiden ymmärtämiseksi on tarpeen ymmärtää tämän puolijohteiden pohjalta luodun aurinkopaneelilaitteen viimeisen linkin toiminta.

Valokennokiteiden tyypit

Eri kemiallisista alkuaineista valmistettuja FEP-vaihtoehtoja on valtava määrä. Suurin osa niistä on kuitenkin alkuvaiheessa kehitettyjä. Toistaiseksi vain piipohjaisista aurinkokennoista valmistettuja paneeleja valmistetaan teollisessa mittakaavassa.

Piipuolijohteita käytetään aurinkokennojen valmistuksessa niiden edullisista kustannuksista johtuen, ne eivät voi ylpeillä erityisen korkealla hyötysuhteella

Tyypillinen aurinkokenno aurinkopaneelissa on ohut kiekko kahdesta piikerroksesta, joilla kullakin on omat fysikaaliset ominaisuutensa. Tämä on klassinen puolijohteen p-n-liitos, jossa on elektroni-reikäpareja.

Kun fotonit osuvat aurinkokennoon näiden puolijohdekerrosten välissä, syntyy kiteen epähomogeenisuuden vuoksi hilavalo-EMF, mikä johtaa potentiaalieroon ja elektronivirtaan.

Aurinkokennojen piikiekot eroavat valmistustekniikaltaan seuraavasti:

1. Yksikiteinen.
2. Monikiteinen.

Ensin mainituilla on korkeampi hyötysuhde, mutta niiden tuotantokustannukset ovat korkeammat kuin jälkimmäisten. Ulkoisesti yksi vaihtoehto voidaan erottaa toisesta aurinkopaneelissa sen muodon perusteella.

Yksikiteisillä aurinkokennoilla on homogeeninen rakenne, ne on valmistettu neliöiden muodossa, joissa on leikatut kulmat. Sitä vastoin monikiteisillä elementeillä on tiukasti neliömäinen muoto.

Monikiteitä saadaan jäähdyttämällä asteittain sulaa piitä. Tämä menetelmä on erittäin yksinkertainen, minkä vuoksi tällaiset valokennot ovat edullisia.

Mutta niiden tuottavuus sähkön tuottamisessa auringonsäteistä ylittää harvoin 15%. Tämä johtuu saatujen piikiekkojen "epäpuhtaudesta" ja niiden sisäisestä rakenteesta. Tässä mitä puhtaampi p-piikerros on, sitä korkeampi on aurinkokennon hyötysuhde siitä.

Yksittäisten kiteiden puhtaus on tässä suhteessa paljon korkeampi kuin monikiteisten analogien. Niitä ei ole valmistettu sulasta, vaan keinotekoisesti kasvatetusta kiinteästä piikiteestä. Tällaisten aurinkokennojen valosähköinen muuntokerroin saavuttaa jo 20-22 %.

Yksittäiset valokennot kootaan yhteiseksi moduuliksi alumiinirungolle ja niiden suojaamiseksi ne peitetään päältä kestävällä lasilla, joka ei millään tavalla häiritse auringonsäteitä.

Valokennolevyn aurinkoon päin oleva yläkerros on valmistettu samasta piistä, mutta lisättynä fosforilla. Juuri jälkimmäinen on ylimääräisten elektronien lähde pn-liitosjärjestelmässä.

Aurinkopaneelin toimintaperiaate

Kun auringonvalo osuu valokennoon, syntyy siihen epätasapainoisia elektroni-reikäpareja. Ylimääräiset elektronit ja reiät siirtyvät osittain pn-liitoksen kautta puolijohteen kerroksesta toiseen.

Tämän seurauksena ulkoiseen piiriin ilmestyy jännite. Tässä tapauksessa virtalähteen positiivinen napa muodostetaan p-kerroksen kosketukseen ja negatiivinen napa n-kerrokseen.

Potentiaaliero (jännite) valokennon koskettimien välillä ilmenee p-n-liitoksen eri puolilla olevien "reikien" ja elektronien lukumäärän muutoksesta johtuen n-kerroksen säteilytyksestä auringonsäteillä.

Ulkoiseen kuormaan akun muodossa kytketyt valokennot muodostavat sen kanssa noidankehän. Tämän seurauksena aurinkopaneeli toimii eräänlaisena pyöränä, jota pitkin elektronit "juoksevat" yhdessä proteiinien välillä. Ja akku latautuu vähitellen.

Vakiopii-aurinkosähkömuuntimet ovat yksiliitoskennoja. Elektronien virtaus niihin tapahtuu vain yhden p-n-liitoksen kautta, jossa tämän siirtymän vyöhyke on rajoitettu fotonienergiassa.

Toisin sanoen jokainen tällainen valokenno pystyy tuottamaan sähköä vain kapeasta auringonsäteilyn spektristä. Kaikki muu energia menee hukkaan. Tästä syystä FEP:n tehokkuus on niin alhainen.

Aurinkokennojen tehokkuuden lisäämiseksi niiden piipuolijohdeelementtejä on hiljattain alettu tehdä moniliitokseksi (kaskadiksi). Uusissa aurinkokennoissa on jo useita siirtymiä. Lisäksi jokainen niistä tässä kaskadissa on suunniteltu omalle auringonvalospektrilleen.

Tällaisten valokennojen fotonien muuntamisen sähkövirraksi kokonaistehokkuus kasvaa lopulta. Mutta niiden hinta on paljon korkeampi. Tässä joko valmistuksen helppous alhaisilla kustannuksilla ja alhaisella tehokkuudella tai korkeampi tuotto yhdistettynä korkeisiin kustannuksiin.

Aurinkopaneeli voi toimia sekä kesällä että talvella (se tarvitsee valoa, ei lämpöä) - mitä vähemmän pilvistä ja mitä kirkkaammin aurinko paistaa, sitä enemmän sähkövirtaa aurinkopaneeli tuottaa

Käytön aikana valokenno ja koko akku lämpenevät vähitellen. Kaikki energia, jota ei käytetty sähkövirran tuottamiseen, muunnetaan lämmöksi. Usein aurinkopaneelin pinnan lämpötila nousee 50–55 0 C:een. Mutta mitä korkeampi se on, sitä vähemmän tehokas aurinkokenno toimii.

Tämän seurauksena saman mallin aurinkoparisto tuottaa vähemmän virtaa kuumalla säällä kuin kylmällä säällä. Valokennot osoittavat maksimaalista tehoa kirkkaana talvipäivänä. Tässä on kaksi tekijää pelissä - paljon aurinkoa ja luonnollinen jäähdytys.

Lisäksi, jos paneelille sataa lunta, se jatkaa edelleen sähköntuotantoa. Lisäksi lumihiutaleilla ei ole edes aikaa makaamaan sen päällä, koska ne ovat sulaneet kuumennettujen valokennojen lämmöstä.

Aurinkoakun tehokkuus

Yksi valokenno, jopa keskipäivällä kirkkaalla säällä, tuottaa hyvin vähän sähköä, riittää vain LED-taskulamppuun.

Lähtötehon lisäämiseksi useita aurinkokennoja yhdistetään rinnakkaiseen piiriin tasajännitteen lisäämiseksi ja sarjapiiriin virran lisäämiseksi.

Aurinkopaneelien tehokkuus riippuu:

• ilman ja itse akun lämpötila;
• oikea kuormituskestävyyden valinta;
• auringonvalon tulokulma;
• heijastuksenestopinnoitteen läsnäolo/puute;
• valovirran teho.

Mitä matalampi lämpötila ulkona, sitä tehokkaammin valokennot ja aurinkoakku kokonaisuudessaan toimivat. Täällä kaikki on yksinkertaista. Mutta kuorman laskennassa tilanne on monimutkaisempi. Se tulee valita paneelin toimittaman virran perusteella. Mutta sen arvo vaihtelee säätekijöiden mukaan.

Aurinkopaneelit valmistetaan lähtöjännitteellä, joka on 12 V:n kerrannainen - jos akkuun on syötettävä 24 V, siihen on kytkettävä kaksi paneelia rinnan.

Aurinkoakun parametrien jatkuva seuranta ja sen toiminnan manuaalinen säätäminen on ongelmallista. Tätä varten on parempi käyttää ohjaussäädintä, joka säätää automaattisesti aurinkopaneelin asetukset maksimaalisen suorituskyvyn ja optimaalisten käyttötilojen saavuttamiseksi.

Ihanteellinen auringonsäteiden tulokulma aurinkoakkuun on suora. Kuitenkin, jos poikkeama on 30 asteen sisällä kohtisuorasta, paneelin hyötysuhde putoaa vain noin 5 %. Mutta kun tätä kulmaa kasvaa edelleen, kasvava osa auringon säteilystä heijastuu, mikä vähentää aurinkokennon tehokkuutta.

Jos akun vaaditaan tuottavan maksimaalista energiaa kesällä, se tulee suunnata kohtisuoraan Auringon keskimääräiseen sijaintiin nähden, jonka se on kevään ja syksyn päiväntasauksena.

Moskovan alueella tämä on noin 40–45 astetta horisontissa. Jos maksimi tarvitaan talvella, paneeli tulee sijoittaa pystysuorampaan asentoon.

Ja vielä yksi asia - pöly ja lika vähentävät huomattavasti valokennojen suorituskykyä. Fotonit eivät yksinkertaisesti saavuta niitä niin "likaisen" esteen läpi, mikä tarkoittaa, että mitään ei voi muuttaa sähköksi. Paneelit tulee pestä säännöllisesti tai sijoittaa niin, että sade huuhtoutuu pölystä itsestään.

Joissakin aurinkopaneeleissa on sisäänrakennetut linssit, jotka keskittävät säteilyn aurinkokennoon. Selkeällä säällä tämä lisää tehokkuutta. Raskaissa pilvissä nämä linssit aiheuttavat kuitenkin vain haittaa.

Jos tavanomainen paneeli tällaisessa tilanteessa jatkaa virran tuottamista, vaikkakin pienempinä määrinä, linssimalli lakkaa toimimasta lähes kokonaan.

Paneelit tulee asentaa siten, että auringonsäteiden tiellä ei ole puita, rakennuksia tai muita esteitä.

Talon aurinkoenergian syöttökaavio

Aurinkosähköjärjestelmä sisältää:

1. Aurinkopaneelit.
2. Ohjain.
3. Paristot.

Tämän piirin ohjain suojaa sekä aurinkopaneeleja että akkuja. Toisaalta se estää käänteisten virtojen kulkua yöllä ja pilvisellä säällä, ja toisaalta se suojaa akkuja liialliselta lataukselta/purkautumiselta.

Aurinkopaneelien ladattavat akut tulee valita saman iän ja kapasiteetin suhteen, muuten lataus/purkaus tapahtuu epätasaisesti, mikä johtaa niiden käyttöiän jyrkkään lyhenemiseen

Invertteri tarvitaan muuttamaan 12, 24 tai 48 voltin tasavirta 220 voltin vaihtovirraksi. Auton akkuja ei suositella käytettäväksi tällaisessa piirissä, koska ne eivät kestä jatkuvaa latausta. On parasta käyttää rahaa ja ostaa erityisiä helium AGM-akkuja tai tulvittuja OPzS-akkuja.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Aurinkopaneelien toimintaperiaatteet ja kytkentäkaaviot eivät ole liian vaikeasti ymmärrettäviä. Ja alla keräämiemme videomateriaalien avulla on entistä helpompi ymmärtää aurinkopaneelien toiminnan ja asennuksen monimutkaisuus.

Se on saavutettavissa ja ymmärrettävää, miten aurinkosähköakku toimii, kaikissa yksityiskohdissaan:

Kuinka aurinkopaneelit toimivat:

Tee itse aurinkopaneelikokoonpano valokennoista:

Jokainen mökin aurinkosähköjärjestelmän elementti on valittava oikein. Akuissa, muuntajissa ja säätimessä tapahtuu väistämättömiä tehohäviöitä. Ja ne on vähennettävä minimiin, muuten aurinkopaneelien jo melko alhainen hyötysuhde laskee nollaan.