Aurinkopaneelien toimintaperiaate ja laite

Aurinkoakun toimintaperiaate

Laite on suunniteltu muuntamaan auringonsäteet suoraan sähköksi. Tätä toimintaa kutsutaan valosähköiseksi efektiksi. Puolijohteet (piikiekot), joita käytetään elementtien valmistukseen, sisältävät positiivisia ja negatiivisia varautuneita elektroneja ja koostuvat kahdesta kerroksesta, n-kerroksesta (-) ja p-kerroksesta (+). Auringonvalon vaikutuksesta ylimääräiset elektronit syrjäytyvät kerroksista ja vievät tyhjiä paikkoja toisessa kerroksessa. Tämä saa vapaat elektronit liikkumaan jatkuvasti, siirtyen levyltä toiselle, jolloin syntyy sähköä, joka varastoituu akkuun.

Aurinkoakun toiminta riippuu pitkälti sen suunnittelusta. Aurinkokennot valmistettiin alun perin piistä.Ne ovat edelleen erittäin suosittuja, mutta koska piin puhdistusprosessi on melko työläs ja kallis, malleja, joissa on vaihtoehtoisia valokennoja kadmium-, kupari-, gallium- ja indiumyhdisteistä, kehitetään, mutta ne ovat vähemmän tuottavia.

Aurinkopaneelien tehokkuus on kasvanut tekniikan kehityksen myötä. Nykyään luku on noussut vuosisadan alun yhdestä prosentista yli kahteenkymmeneen prosenttiin. Tämän ansiosta voimme käyttää paneeleita nykyään paitsi kotimaisiin tarpeisiin myös tuotantoon.

Tekniset tiedot

Aurinkoakkulaite on melko yksinkertainen ja koostuu useista osista:

Suoraan aurinkokennot / aurinkopaneeli;

Invertteri, joka muuntaa tasavirran vaihtovirraksi;

Akun varaustason säädin.

Aurinkopaneelien akkujen ostamisen tulisi perustua vaadittuihin toimintoihin. He varastoivat ja jakavat sähköä. Varastointia ja kulutusta tapahtuu koko päivän, ja yöllä kuluu vain kertynyt varaus. Näin ollen on olemassa jatkuvaa ja jatkuvaa energian saantia.

Akun liiallinen lataaminen ja purkaminen lyhentää sen käyttöikää. Aurinkoakun lataussäädin keskeyttää automaattisesti energian kertymisen akkuun, kun se on saavuttanut maksimiparametrinsa, ja katkaisee laitteen kuormituksen, kun se on voimakkaasti purkautunut.

(Tesla Powerwall - 7 kW aurinkopaneeliakku - ja kotilataus sähköajoneuvoihin)

Aurinkopaneelien verkkoinvertteri on tärkein suunnitteluelementti. Se muuntaa auringon säteiltä saadun energian eri kapasiteettisiksi vaihtovirroiksi.Synkronisena muuntimena se yhdistää sähkövirran lähtöjännitteen taajuudella ja vaiheella kiinteään verkkoon.

Valokennot voidaan kytkeä sekä sarjaan että rinnan. Jälkimmäinen vaihtoehto lisää teho-, jännite- ja virtaparametreja ja mahdollistaa laitteen toiminnan, vaikka yksi elementti menettäisi toimintansa. Yhdistetyt mallit tehdään molemmilla kaavoilla. Levyjen käyttöikä on noin 25 vuotta.

Aurinkopaneelien valinta omakotitaloon

Ennen kuin ostat aurinkopaneeleja omakotitaloon, ota selvää:

• Päivittäinen sähkönkulutus huoneessa;
• Paikka paneelien asennusta varten (suuntautunut etelään, kun taas niissä ei saa olla varjoa ja sopiva kaltevuuskulma on asetettava);
• Paristot sijoitetaan lämpimään huoneeseen, jonka lämpötila on enintään 25 celsiusastetta;
• Ota huomioon sähkölaitteiden huippukuormat;
• Järjestelmän kausiluonteinen tai pysyvä käyttö.

Alueille, joilla on korkea valoaktiivisuus, yksikiteiset akut sopivat parhaiten. Kesäasunnoksi tai henkilökohtaiselle tontille, jos kausikäyttöä suunnitellaan, mikromorfiset monikiteiset mallit sopivat parhaiten. Ne ovat suhteellisen edullisia, ne havaitsevat hyvin haja-, sivuvaloa ja toimivat kulmassa pilvisellä säällä.

Laskuesimerkki

Esikaupunkialue kuluttaa sähköenergiaa 3-6 kWh, mutta tämä luku voi olla suurempi, kun kotona käytetään paljon sähkölaitteita tai lisävalaistusta. Kolmikerroksinen mökki kuluttaa 20-50 kWh ja jopa enemmän. Saatujen tietojen perusteella teemme laskelman.

Mökin energiaintensiteetti on 7 kW (häviöt mukaan lukien). Jos talo sijaitsee etelässä, jossa on tarpeeksi auringonvaloa energian saantiin, tarvitaan noin 20 akkua. Yhden paneelin käyttöteho on 400 wattia. Tämä määrä riittää toimittamaan energiaa esikaupunkialueelle, jossa asuu pysyvästi 4-6 hengen perhe.

Asennus

Kun ostat tietyn yrityksen tuotteita, saat tarkat kytkentäkaaviot ja ohjeet sekä voit asentaa keskeytymättömät virtalähteet ja aurinkopaneelit omin käsin. Mutta jos et halua käsitellä järjestelmien asennusta ja konfigurointia tai et ole koskaan tehnyt tätä ennen, anna tämä työ ammattilaisille.

Asiantuntijat menevät paikalle ja suorittavat laitteiden asennuksen ja käyttöönoton lyhyessä ajassa. Aurinkovoimalaitoksen asennus kestää järjestelmän monimutkaisuudesta riippuen keskimäärin yhdestä neljään vuorokauteen ja keskeytymätön teholähde yhdestä kahteen vuorokaudessa.

Aurinkomoduulien asennus tapahtuu ennalta hyväksytyn järjestelmän mukaisesti ja kaikki järjestelmän komponentit; akut, latausohjaimet ja muuntimet asennetaan sinulle kätevään ja helposti saatavilla olevaan paikkaan. Voimalaitos on helppo huoltaa. Aurinkopaneelien pinta on sileä erikoislasista, joka ei salli lumen ja pölyn kerääntymistä. Aurinkojärjestelmissä käytettävät akut ovat huoltovapaita ja niiden käyttöikä on jopa 10 vuotta.

Vinkkejä

Asiantuntijat antavat useita suosituksia aurinkopaneelien oikeasta asennuksesta ja kytkemisestä.

Useimmiten vaihtoehtoisia energialähteitä käyttävät tuotteet asennetaan kattoon tai asuntorakentamisen seiniin, harvemmin niissä käytetään erityisiä luotettavia tukia.

Joka tapauksessa sähkökatkokset on suljettava kokonaan pois, eli akut on suunnattava siten, että ne eivät putoa korkeiden puiden ja viereisten rakennusten varjoon.
Levysarjan asennus suoritetaan riveissä, niiden järjestely on yhdensuuntainen, tässä suhteessa on erittäin tärkeää varmistaa, että korkeammat rivit eivät anna varjoa alla oleville. Tämä vaatimus on erittäin tärkeä, koska täydellinen tai osittainen varjostus aiheuttaa kaiken energiantuotannon vähenemisen ja jopa täydellisen lopettamisen, lisäksi voi esiintyä "käänteisten virtojen" muodostumisen vaikutus, joka usein aiheuttaa laitteiden rikkoutumisen.

Oikea suuntaus auringonvaloon on kriittinen paneelien tehokkuuden ja tehokkuuden kannalta.

On erittäin tärkeää, että pinta vastaanottaa kaikki mahdolliset UV-säteet. Oikea suuntaus lasketaan rakennuksen maantieteellistä sijaintia koskevien tietojen perusteella

Esimerkiksi jos paneelit asennetaan rakennuksen pohjoispuolelle, paneelit tulee suunnata etelään.
Yhtä tärkeä on rakenteen yleinen kaltevuuskulma, sen määrää myös rakenteen maantieteellinen suunta.Asiantuntijat laskivat, että tämän indikaattorin tulisi vastata talon sijainnin leveysastetta, ja koska aurinko, vuodenajasta riippuen, muuttaa sijaintiaan horisontin yläpuolella useita kertoja, on järkevää harkita lopullisen asennuskulman säätämistä. paristot. Yleensä korjaus ei ylitä 12 astetta.

• Akut on asetettava siten, että niihin on vapaa pääsy, koska kylmällä talvikaudella ne on puhdistettava säännöllisesti hyökkäävältä lumelta ja lämpimänä vuodenaikana - sadetahroista, jotka vähentävät merkittävästi tehokkuutta. paristojen käytöstä.
• Tähän mennessä myynnissä on monia kiinalaisia ​​ja eurooppalaisia ​​aurinkopaneelimalleja, joiden kustannukset eroavat toisistaan, joten jokainen voi asentaa budjettiinsa optimaalisen mallin.

Lopuksi on huomattava, että planeettamme saa suurimman hyödyn aurinkopaneelien käytöstä, koska tämä energialähde ei aiheuta mitään haittaa ympäristölle. Jos kuluttajana välität maapallomme tulevaisuudesta, sen maavarojen mahdollisuuksista ja luonnonvarojen säästämisestä, aurinkopaneelit ovat paras valinta.

Kuinka asentaa aurinkoakku talon katolle, katso seuraava video.

Johtopäätös aiheesta

Ammattimainen lähestymistapa aurinkovoimalan asennukseen antaa sinun ottaa huomioon kaikki tekijät, vivahteet ja välttää ärsyttäviä virheitä.

Yleiset säännöt aurinkopaneelien asennuksesta

Aurinkopaneelien asennuksessa on otettava huomioon 5 tekijää, joiden yhdistelmä määrittää lopulta asennuspaikan ja -tavan:

1. Lämmön hajoaminen
2. Varjo
3. Suuntautuminen
4. Kaltevuus
5. Palvelun saatavuus

Kuten edellä mainittiin, lämmönpoistolla on tärkeä rooli akkujen suorituskyvyn ylläpitämisessä. Paneelin ja asennustason väliin on ehdottomasti jätettävä tuuletusrako, ja mitä suurempi se on, sitä parempi. Yleensä asennettaessa runkoa tai runkoa moduulien asennusta varten paneelin ja tason väliin jää 5-10 senttimetriä. Erilliseen runkoon tai tankoon asennettuna varmistetaan maksimaalinen ilmanvaihto.

Akun päälle puista tai rakennuksista putoava varjo "sammuttaa" varjostetun kennon, mikä nopeuttaa kalliiden yksikiteisten moduulien hajoamista ja pysäyttää täysin sähköntuotannon monikiteisissä. Valmistajat tarjoavat erilaisia ​​tapoja minimoida sähköpiirin katkeamisen aiheuttaman "kuuman pisteen" riskin, mikä on otettava huomioon ostettaessa. Mutta on parempi asentaa akku siten, että "kova" varjo ei voi pudota siihen millään tavalla. Sumusta, pilvistä tai savusumusta johtuva "pehmeä" varjo ei vahingoita akkua, se vain vähentää tehoa.

Sinun on suunnattava akku etelään - joten säteily on maksimaalinen. Kaikki muut asennustavat ovat kompromisseja, ja on parempi olla ottamatta niitä huomioon. Olisi kohtuutonta kuluttaa kymmeniä tuhansia ruplaa moduulien ostoon, mutta olisi kohtuutonta suunnata akkua ei aurinkoon. Venäjän federaation eri alueiden säteilykartat julkaistaan ​​Internetissä ja ovat julkisesti saatavilla. Venäjän keskikaistale sijaitsee pääasiassa 2. auringonpaisteen vyöhykkeellä, jossa 1 neliömetristä alkaen. metriä oikein asennettu ihanteellinen aurinkomoduuli voi tuottaa jopa 3 kWh / vrk.

Akun saatavuus pinnan nopeaan puhdistamiseen mahdollistaa tämän yksinkertaisen toimenpiteen suorittamisen ilman asiantuntijoiden osallistumista.Talvella pinta on vapautettava lumesta, kesällä tuulen ja sateen aiheuttamasta pölystä ja lialta. Jos lähellä on rakenteilla oleva kohde, moduulien pinta on puhdistettava päivittäin. Helpoin tapa tehdä tämä on vesisuihkulla letkusta tai millä tahansa ikkunanpesuharjalla.

Kuinka saavuttaa maksimaalinen tehokkuus

Kun ostat aurinkopaneeleja kotiisi, on erittäin tärkeää valita malli, joka antaa kotillesi riittävästi tehoa. Aurinkopaneelien tehokkuuden uskotaan olevan pilvisellä säällä noin 40 W neliömetriä kohti tunnissa.

Itse asiassa pilvisellä säällä valoteho maanpinnalla on noin 200 wattia neliömetrillä, mutta 40 % auringonvalosta on infrapunasäteilyä, jolle aurinkopaneelit eivät ole herkkiä. On myös syytä ottaa huomioon, että akun hyötysuhde ylittää harvoin 25%.

Joskus voimakkaan auringonvalon energia voi nousta 500 W neliömetriä kohti, mutta laskelmissa tulee ottaa huomioon vähimmäisluvut, jotka tekevät autonomisesta virransyöttöjärjestelmästä keskeytymättömän.

Joka päivä aurinko paistaa keskimäärin 9 tuntia, jos otetaan vuosikeskiarvo. Yhdessä päivässä neliömetri muuntimen pintaa pystyy tuottamaan 1 kilowatin sähköä. Jos talon asukkaat kuluttavat sähköä noin 20 kilowattia päivässä, niin aurinkopaneelien vähimmäispinta-alan tulee olla noin 40 neliömetriä.

Käytännössä tällainen sähkönkulutuksen indikaattori on kuitenkin harvinainen. Pääsääntöisesti vuokralaiset käyttävät jopa 10 kW päivässä.

Jos puhumme siitä, toimivatko aurinkopaneelit talvella, on syytä muistaa, että tähän aikaan vuodesta päivänvalotuntien kesto lyhenee huomattavasti, mutta jos tarjoat järjestelmään tehokkaita akkuja, päivässä vastaanotetun energian tulisi olla riittävä, kun otetaan huomioon vara-akun olemassaolo.

Aurinkoakkua valittaessa on erittäin tärkeää kiinnittää huomiota akkujen kapasiteettiin. Jos tarvitset yöllä toimivia aurinkopaneeleja, vara-akun kapasiteetti on avainasemassa. Lisäksi laitteen on kestettävä toistuvaa latausta.

Lisäksi laitteen on kestettävä toistuvaa latausta.

Huolimatta siitä, että aurinkopaneelien asennuskustannukset voivat ylittää miljoona ruplaa, kustannukset maksavat itsensä takaisin muutamassa vuodessa, koska aurinkoenergia on täysin ilmaista.

Kuinka aurinkoparisto toimii

Kaikki maan päällä elävät asiat syntyivät auringon energian ansiosta. Joka sekunti planeetan pinnalle tulee valtava määrä energiaa auringonsäteilyn muodossa. Samalla kun poltamme tuhansia tonneja hiiltä ja öljytuotteita kotimme lämmittämiseksi, lähempänä päiväntasaajaa olevat maat kärsivät helteestä. Auringon energian käyttäminen ihmisten tarpeisiin on uteliaiden mielien arvoinen tehtävä. Tässä artikkelissa tarkastelemme auringonvalon suoran muuntimen sähköenergiaksi - aurinkokenno - suunnittelua.

Ohut kiekko koostuu kahdesta piikerroksesta, joilla on erilaiset fysikaaliset ominaisuudet. Sisäkerros on puhdasta yksikiteistä piitä, jossa on reikäjohtavuus. Ulkopuolelta se on peitetty erittäin ohuella kerroksella "saastunutta" piitä, esimerkiksi fosforisekoituksella. Kiinteä metallikontakti kiinnitetään levyn takapuolelle.n- ja p-kerroksen rajalle muodostuu varausten ylivuodon seurauksena tyhjennettyjä vyöhykkeitä, joissa on kompensoimaton positiivinen tilavuusvaraus n-kerros ja tilavuus negatiivinen varaus p-kerroksessa. Nämä vyöhykkeet yhdessä muodostavat p-n-liitoksen.

Risteyksessä syntyvä potentiaalieste estää enemmistövarauksen kantajien, ts. elektroneja p-kerroksen puolelta, mutta kulkevat vapaasti pienet kantajat vastakkaisiin suuntiin. Tämä p-n-liitosten ominaisuus määrittää mahdollisuuden saada foto-emf, kun aurinkokennoja säteilytetään auringonvalolla. Kun SC on valaistu, absorboituneet fotonit synnyttävät epätasapainoisia elektroni-reikä-pareja. P-kerroksessa p-n-liitoksen lähellä syntyneet elektronit lähestyvät p-n-liitosta ja kulkeutuvat n-alueelle siinä olevan sähkökentän vaikutuksesta.

Samoin n-kerrokseen syntyneet ylimääräiset reiät siirtyvät osittain p-kerrokseen. Tämän seurauksena n-kerros saa negatiivisen lisävarauksen ja p-kerros positiivisen. Alkukontaktipotentiaaliero puolijohteen p- ja n-kerroksen välillä pienenee ja ulkoiseen piiriin ilmestyy jännite. Virtalähteen negatiivinen napa vastaa n-kerrosta ja p-kerros positiivista.

Useimmissa nykyaikaisissa aurinkokennoissa on yksi p-n-liitos. Tällaisessa elementissä vapaita varauksenkuljettajia luovat vain ne fotonit, joiden energia on suurempi tai yhtä suuri kuin kaistaväli. Toisin sanoen yhden liitoskennon valosähköinen vaste rajoittuu siihen aurinkospektrin osaan, jonka energia on suurempi kuin kaistaväli, eikä alhaisemman energian fotoneja käytetä. Tämä rajoitus voidaan voittaa kahden tai useamman SC:n monikerroksisilla rakenteilla, joilla on erilaiset kaistavälit.Tällaisia ​​elementtejä kutsutaan moniliitoksiksi, kaskadiksi tai tandemiksi. Koska ne toimivat paljon suuremmalla osalla aurinkospektristä, niillä on korkeampi aurinkosähkömuunnostehokkuus. Tyypillisessä moniristeisessä aurinkokennossa yksittäiset aurinkokennot on järjestetty peräkkäin siten, että auringonvalo osuu ensimmäisenä kennoon, jolla on suurin kaistanväli, kun taas suurimman energian omaavat fotonit absorboituvat.

Akut eivät toimi auringonvalolta, mutta periaatteessa auringonvalolta. Sähkömagneettista säteilyä pääsee maan pinnalle mihin aikaan vuodesta tahansa. Pelkästään pilvisellä säällä energiaa tuotetaan vähemmän. Asensimme esimerkiksi autonomiset aurinkovoimalla toimivat valot. Tietenkin on lyhyitä aikoja, jolloin akut eivät ehdi latautua täyteen. Mutta yleensä tätä ei tapahdu niin usein talvella.

Mielenkiintoista on, että vaikka lunta sataisi aurinkopaneeliin, se jatkaa edelleen aurinkoenergian muuntamista. Ja johtuen siitä, että valokennot kuumenevat, lumi itse sulaa. Periaate on sama kuin auton lasin lämmittämisessä.

Täydellinen talvisää aurinkoakun pakkasen pilvettömään päivään. Joskus tällaisina päivinä voidaan järjestää jopa sukupolviennätyksiä.

Talvella aurinkopaneelin hyötysuhde laskee. Moskovassa ja Moskovan alueella se tuottaa keskimäärin 8 kertaa vähemmän sähköä kuukaudessa. Oletetaan, että kesällä jääkaapin, tietokoneen ja kattovalaistuksen toimintaan kotona tarvitaan 1 kW energiaa, sitten talvella on parempi varastoida 2 kW luotettavuuden vuoksi.

Samaan aikaan Kaukoidässä auringonpaisteen kesto on pidempi, tehokkuus laskee vain puolitoista-kaksi kertaa. Ja tietysti mitä etelämpänä, sitä pienempi ero talven ja kesän välillä on.

Myös moduulien kaltevuuskulma on tärkeä. Voit asettaa yleiskulman koko vuodelle. Ja voit vaihtaa joka kerta, vuodenajasta riippuen. Tätä eivät tee talon omistajat, vaan paikalle menevät asiantuntijat.

Aurinkoenergialiitäntävaihtoehdot

Aurinkopaneelit koostuvat useista yksittäisistä paneeleista. Järjestelmän lähtöparametrien lisäämiseksi tehon, jännitteen ja virran muodossa elementit kytketään toisiinsa fysiikan lakeja noudattaen.

Useiden paneelien liittäminen toisiinsa voidaan suorittaa käyttämällä yhtä kolmesta aurinkopaneelien asennustavasta:

• yhdensuuntainen;
• johdonmukainen;
• sekoitettu.

Rinnakkaiskytkentä käsittää samannimisen liittimien kytkemisen toisiinsa, joissa elementeillä on kaksi yhteistä johtimien konvergenssisolmua ja niiden haaroitus.

Rinnakkaispiirillä plussat kytketään plussiin ja miinukset miinuksiin, minkä seurauksena lähtövirta kasvaa ja lähtöjännite pysyy 12 voltissa

Suurimman mahdollisen lähtövirran arvo rinnakkaispiirissä on suoraan verrannollinen kytkettyjen elementtien lukumäärään. Määrän laskentaperiaatteet on esitetty suosittelemassamme artikkelissa.

Sarjapiiri sisältää vastakkaisten napojen kytkemisen: ensimmäisen paneelin "plus" toisen "miinus". Jäljellä oleva toisen paneelin käyttämätön "plus" ja ensimmäisen akun "miinus" on kytketty kauempana piiriä pitkin sijaitsevaan ohjaimeen.

Tämäntyyppinen kytkentä luo olosuhteet sähkövirran virtaukselle, jossa on vain yksi tapa siirtää energian kantaja lähteestä kuluttajalle.

Sarjakytkennällä lähtöjännite kasvaa ja saavuttaa 24 volttia, mikä riittää kannettavien laitteiden, LED-lamppujen ja joidenkin sähkövastaanottimien virtalähteeksi

Sarja-rinnakkais- tai sekapiiriä käytetään useimmiten, kun on tarpeen kytkeä useita akkuryhmiä. Tätä piiriä käyttämällä voidaan lisätä sekä jännitettä että virtaa lähdössä.

Sarja-rinnakkaiskytkentäkaaviolla lähtöjännite saavuttaa merkin, jonka ominaisuudet sopivat parhaiten ratkaisemaan suurimman osan kotitaloustehtävistä

Tämä vaihtoehto on hyödyllinen myös siinä mielessä, että jos jokin järjestelmän rakenneelementeistä epäonnistuu, muut yhdistävät ketjut jatkavat toimintaansa. Tämä lisää merkittävästi koko järjestelmän luotettavuutta.

Kuvagalleria

Kuva kohteesta

Aurinkokennojen yhdistäminen

Paneeleiden määrä tarpeiden mukaan

Aurinkolaitteiden sarjaliitäntä

Suora yhteys valaisimiin

Yhdistetyn piirin kokoamisen periaate perustuu siihen, että kunkin ryhmän laitteet on kytketty rinnan. Ja kaikkien ryhmien yhdistäminen yhteen piiriin suoritetaan peräkkäin.

Yhdistämällä erityyppisiä liitäntöjä ei ole vaikeaa koota akkua tarvittavilla parametreilla.Tärkeintä on, että kytkettyjen kennojen lukumäärän tulee olla sellainen, että akkuihin syötetty käyttöjännite, ottaen huomioon sen laskun latauspiirissä, ylittää itse akkujen jännitteen ja samalla akun kuormitusvirran. aika tarjoaa tarvittavan määrän latausvirtaa.