Aurinkoakun toimintaperiaate: miten aurinkopaneeli toimii ja toimii

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.

Aurinkopaneelit: terminologia

"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.

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 lähdöstä ja toisessa lämpöenergiaa lämmitetyn jäähdytysnesteen muodossa, ts. aurinkopaneeleja käytetään kodin lämmitys.

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

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.

Todellinen läpimurto aurinkoenergian alalla oli joustavien paneelien kehittäminen amorfisella aurinkosähköpiillä:

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 johtuu "reikien" ja elektronien lukumäärän muutoksesta p-n-liitoksen eri puolilla n-kerroksen säteilytyksen seurauksena 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 °C:seen. Mutta mitä korkeampi se on, sitä vähemmän tehokkaasti 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 ohjausohjain, 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.

Auringon tulisi ihanteellisesti valaista valokennoparisto tasaisesti. Jos yksi sen osista osoittautuu pimennetyksi, valaisemattomat aurinkokennot muuttuvat loiskuormitukseksi. Ne eivät ainoastaan ​​tuota energiaa tällaisessa tilanteessa, vaan ne myös vievät sitä pois toimivilta elementeiltä.

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.
4. Invertteri (muuntaja).

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

Tarvitset 12, 24 tai 48 voltin tasavirran muuttamiseksi 220 voltin vaihtovirraksi invertteri. 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

Toimintaperiaatteet ja aurinkopaneelien kytkentäkaaviot ei liian vaikea ymmärtää. Ja alla keräämiemme videomateriaalien avulla on entistä helpompi ymmärtää aurinkopaneelien toiminnan ja asennuksen monimutkaisuus.

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

Katso kuinka aurinkopaneelit toimivat seuraavasta videosta:

Tee itse aurinkopaneelikokoonpano valokennoista:

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

Oliko sinulla kysyttävää materiaalia tutkiessasi? Tai tiedätkö arvokasta tietoa artikkelin aiheesta ja voit jakaa sen lukijoidemme kanssa? Jätä kommenttisi alla olevaan lohkoon.