Domov › Nastavení › Jak funguje stacionární solární baterie? Solární panely: jak to funguje. Účinnost solárních panelů v zimě

Jak funguje stacionární solární baterie? Solární panely: jak to funguje. Účinnost solárních panelů v zimě

Kdysi k ohřevu vody používali zrcadla, ale nyní vytvářejí celé elektrárny na solární pohon. Podívejme se na princip fungování solární baterie a proč jsou tak účinné při výrobě energie.

Fotovoltaické konvertory solární energie (PVC) jsou celým názvem solárních panelů. Principy jejich fungování jsou známy již více než 30 let, ale do běžného života se začaly aktivně zavádět teprve před pár lety. Aby bylo možné vybrat správné panely pro alternativní systém zásobování energií, je nutné pochopit princip jejich fungování.

Princip fungování solární baterie

Panel převodníku se skládá ze dvou tenkých plátků z čistého křemíku naskládaných dohromady. Na jednu desku je nanesen bor a na druhou fosfor. Ve vrstvách potažených fosforem se objevují volné elektrony a ve vrstvách potažených borem se objevují chybějící elektrony. Pod vlivem slunečního záření začnou elektrony pohybovat částicemi a mezi nimi vzniká elektrický proud. Pro odstranění proudu z desek jsou připájeny tenkými proužky speciálně upravené mědi. K nabití malé baterky stačí jeden silikonový plátek. Čím větší je plocha panelu, tím více energie generuje.

Desky propouštějící UV záření, spojené dohromady, jsou laminovány fólií a připevněny ke sklu. Lepené vrstvy jsou uzavřeny v hliníkovém rámu.

Účinnost solárních panelů

Účinnost konvertorových panelů závisí na několika faktorech a u tradičních solárních panelů nepřesahuje 25 %, i když nyní je pomocí sledovacího systému možné dosáhnout 40–50 %. Tento systém je navržen tak, aby se baterie otáčela směrem ke slunci. Plocha baterie přímo ovlivňuje její výkon – první solární panely, se kterými jsme se setkali, byly v kalkulačkách. Pro zajištění ohřevu vody bude potřeba minimálně šest panelů nainstalovaných na střeše.

Účinnost závisí také na materiálu modulů. Desky jsou vyrobeny z monokrystalického, polykrystalického a amorfního křemíku a filmů. Nejběžnější a nejoblíbenější dnes (kvůli jejich dostupné ceně) jsou tenkovrstvé panely. Jsou vyrobeny ze stejných materiálů, ale jsou o něco lehčí, i když jsou z hlediska výkonu horší. Maximální účinnost je 25 %.

Fotovoltaické systémy

K zajištění bydlení solární energií nestačí pouze panely, budete k tomu potřebovat fotovoltaický systém (PVS). Existují tři typy takových systémů:

autonomní solární elektrárny– pro rodinné domy, v nebytových prostorách
FES připojený k elektrické síti– některá zařízení jsou napájena ze solární elektrárny a některá z centralizované elektrické sítě
záložní solární elektrárny– používá se pouze v případě výpadku centralizovaného napájení.

Solární elektrárna jakéhokoli typu se nutně skládá z kabelů, ovladače, střídače a baterie.

Budoucnost solárních panelů

Podle výzkumů ekologů a geologů zbývají ještě 100leté zásoby ropy a plynu Zdroje přírodní energie (voda, vítr a slunce) jsou nevyčerpatelné.

Ve vyspělých evropských zemích je zásobování nových budov alternativní energií od roku 2007 přímou odpovědností developerů. U nás se tyto projekty prosazují díky ekologickým nadšencům, kteří FES ručně montují z odpadových materiálů. Ale je jich jen pár a je docela těžké je vyrobit sami.

Řada ukrajinských výrobců (Avante, Atmosphere, ITnelcon Ukrajiny, SINTEK, Techno-AS) již takové panely vyrábí a instaluje solární elektrárny po celé zemi. Cena produktů se bohužel pohybuje ve stejném rozmezí jako u zahraničních značek (Buderus, Wolf, Rehau, Vaillant, Viessmann, Chromagen, Ferroli, Rucelf, Solver).

Slunce je nevyčerpatelným zdrojem energie. Lze jej využít při spalování stromů nebo ohřevu vody v solárních ohřívačích, přičemž se vzniklé teplo přeměňuje na elektřinu. Existují ale zařízení, která přeměňují sluneční světlo na elektřinu přímo. Jedná se o solární panely.

Rozsah použití

Existují tři oblasti využití solární energie:

Úspora energie. Solární panely vám umožňují opustit centralizované napájení nebo snížit jeho spotřebu a také prodat přebytečnou elektřinu dodavatelské společnosti.
Poskytování elektřiny zařízením, ke kterým je připojení elektrického vedení nemožné nebo ekonomicky nerentabilní. Může to být letní chata nebo lovecký zámeček umístěný daleko od elektrického vedení. Taková zařízení se také používají k napájení lamp v odlehlých oblastech zahrady nebo na autobusových zastávkách.
Napájecí zdroj pro mobilní a přenosná zařízení. Při turistice, rybářských výpravách a dalších podobných aktivitách je potřeba nabíjet telefony, fotoaparáty a další vychytávky. K tomu slouží i solární články.

Solární panely jsou vhodné pro použití tam, kde nelze dodávat elektřinu

Princip fungování

Prvky solárních článků jsou křemíkové plátky o tloušťce 0,3 mm. Na straně, kam dopadá světlo, se do desky přidává bor. To vede k výskytu nadměrného počtu volných elektronů. Fosfor se přidává na zadní stranu, což vede k tvorbě „děr“. Hranice mezi nimi se nazývá p-n přechod. Když světlo dopadne na desku, „vyrazí“ elektrony na zadní stranu. Takto se objevuje potenciální rozdíl. Bez ohledu na velikost prvku vyvine jeden článek napětí 0,7 V. Pro zvýšení napětí jsou zapojeny do série a pro zvýšení proudu - paralelně.

Znalecký posudek

Alexej Bartoš

Specialista na opravy a údržbu elektrických zařízení a průmyslové elektroniky.

Zeptejte se odborníka

V některých provedeních byly pro zvýšení výkonu instalovány čočky nad prvky nebo byl použit systém zrcadel. S klesající cenou baterií se taková zařízení stávají zastaralými.

Maximální účinnosti panelu a následně i výkonu je dosaženo, když světlo dopadá pod úhlem 90 stupňů. V některých stacionárních zařízeních se baterie otáčí, aby sledovala slunce, ale to značně zvyšuje náklady a dělá konstrukci těžší.

Princip fungování solární baterie

Výhody a nevýhody používání baterií

Solární panely, jako každé zařízení, mají výhody a nevýhody související s principem činnosti a konstrukčními prvky.

Výhody solárních panelů:

Autonomie. Umožňuje poskytovat elektřinu vzdáleným budovám nebo lampám a provoz mobilních zařízení v polních podmínkách.
Hospodárný. Světlo ze slunce se využívá k výrobě elektřiny, za kterou nemusíte platit. FV systémy (fotovoltaické systémy) se tedy zaplatí za 10 let, což je méně než životnost více než 30 let. Navíc 25–30 let je záruční doba a fotovoltaická elektrárna bude fungovat i poté, což přináší zisk pro majitele. Samozřejmě je nutné počítat s periodickou výměnou měničů a baterií, ale přesto používání takové elektrárny pomáhá šetřit peníze.
Šetrnost k životnímu prostředí. Zařízení během provozu neznečišťují životní prostředí a nevydávají hluk, na rozdíl od elektráren pracujících na jiné druhy paliva.

Kromě svých výhod má FES nevýhody:

Vysoká cena. Takový systém je poměrně drahý, zejména s ohledem na cenu baterií a měničů.
Dlouhá doba návratnosti. Prostředky vložené do fotovoltaické elektrárny se vrátí až po 10 letech. To je více než většina ostatních investic.
Fotovoltaické systémy zabírají hodně místa – celou střechu i stěny budovy. To porušuje návrh konstrukce. Vysokokapacitní baterie navíc zaberou celou místnost.
Nerovnoměrná výroba energie. Výkon zařízení závisí na počasí a denní době. To je kompenzováno instalací baterií nebo připojením systému k síti. To vám umožní přes den prodat přebytečnou elektřinu elektrické společnosti přes den a v noci naopak zařízení připojit k centralizovanému napájení.

Technické specifikace: co hledat

Hlavním parametrem systému fotobuněk je výkon. Napětí takové instalace dosahuje maxima v jasném světle a závisí na počtu prvků zapojených do série, kterých je téměř u všech provedení 36. Výkon závisí na ploše jednoho prvku a počtu řetězů 36 kusů zapojeny paralelně.

Kromě samotných baterií je důležité vybrat regulátor nabíjení baterií a měnič, který převádí nabití baterie na síťové napětí, a také samotné panely.

Baterie mají povolený nabíjecí proud, který nelze překročit, jinak systém selže. Díky znalosti napětí baterie je snadné určit výkon potřebný pro nabíjení. Musí být větší než výkon solární elektrárny, jinak bude za slunečného dne část energie nevyužita.

Regulátor nabíjí baterie a musí mít také výkon, aby plně využil sluneční energii.

Zařízení, které přijímá energii ze solární elektrárny, je připojeno ke střídači, takže jeho výkon musí odpovídat celkovému výkonu elektrických spotřebičů.

Typy solárních panelů

Kromě velikosti a výkonu se panely liší způsobem výroby jednotlivých prvků z křemíku.

Vzhled mono- a polykrystalických panelů

Monokrystalické křemíkové prvky

Solární články vyrobené z monokrystalického křemíku mají tvar čtverce se zaoblenými rohy. To je způsobeno výrobní technologií:

válcový krystal je vypěstován z roztaveného křemíku vysokého stupně čistoty;
po vychladnutí jsou okraje válce odříznuty a kruhová základna má tvar čtverce se zaoblenými rohy;
výsledný blok se nařeže na desky o tloušťce 0,3 mm;
k destičkám se přidává bór a fosfor a nalepí se na ně kontaktní proužky;
Bateriový článek je sestaven z hotových prvků.

Hotová buňka je připevněna k základně a pokryta sklem propouštějícím ultrafialové paprsky nebo laminována.

Taková zařízení se vyznačují nejvyšší účinností a spolehlivostí, proto jsou instalována na důležitých místech, například v kosmických lodích.

Multi-polykrystalické křemíkové fotočlánky

Kromě prvků z pevných krystalů existují zařízení, ve kterých jsou solární články vyrobeny z polykrystalického křemíku. Technologie výroby je podobná. Hlavním rozdílem je, že místo kulatého krystalu je použit obdélníkový blok, skládající se z velkého množství malých krystalů různých tvarů a velikostí. Proto jsou prvky obdélníkového nebo čtvercového tvaru.

Jako surovina se odebírá odpad z výroby mikroobvodů a fotobuněk. To snižuje cenu hotového výrobku, ale zhoršuje jeho kvalitu. Taková zařízení mají nižší účinnost – v průměru 18 % oproti 20–22 % u monokrystalických baterií. Otázka výběru je však poměrně složitá. U různých výrobců může být cena jednoho kilowattu výkonu pro monokrystalické a polykrystalické panely stejná nebo ve prospěch jakéhokoli typu zařízení.

Fotočlánky z amorfního křemíku

V posledních letech se rozšířily flexibilní baterie, které jsou lehčí než pevné. Technologie jejich výroby se liší od technologie výroby mono- a polykrystalických panelů - tenké vrstvy křemíku s přísadami jsou nastříkány na pružný podklad, obvykle ocelový plech, dokud není dosaženo požadované tloušťky. Poté se plechy nařežou, nalepí se na ně vodivé pásy a celá konstrukce se zalaminuje.

Amorfní křemíkové solární články

Účinnost takových baterií je přibližně 2krát nižší než u pevných konstrukcí, jsou však lehčí a odolnější díky tomu, že je lze ohýbat.

Taková zařízení jsou dražší než konvenční, ale neexistuje k nim žádná alternativa v podmínkách kempování, kde je prvořadá lehkost a spolehlivost. Panely lze přišít na stan nebo batoh a nabíjet baterie za pohybu. Ve složeném stavu taková zařízení připomínají knihu nebo srolovaný výkres, který lze umístit do pouzdra připomínajícího tubus.

Kromě nabíjení mobilních zařízení na cestách se do elektromobilů a elektrických letadel instalují flexibilní panely. Na střeše taková zařízení sledují křivky tašek, a pokud je jako základ použito sklo, získává tónovaný vzhled a lze je vložit do okna domu nebo skleníku.

Regulátor nabíjení pro solární panely

Přímé připojení panelu k baterii má nevýhody:

Baterie se jmenovitým napětím 12 V se bude nabíjet až tehdy, když napětí na výstupu fotobuněk dosáhne 14,4 V, což se blíží maximu. To znamená, že část času nebudou baterie nabíjeny.
Maximální napětí fotočlánků je 18 V. Při tomto napětí bude nabíjecí proud baterie příliš vysoký a dojde k rychlému selhání.

Aby se těmto problémům předešlo, je nutné nainstalovat regulátor nabíjení. Nejběžnější provedení jsou PWM a MPRT.

PWM regulátor nabíjení

Provoz PWM regulátoru (pulzně-šířková modulace - PWM) udržuje konstantní výstupní napětí. To zajišťuje maximální úroveň nabití baterie a chrání ji před přehřátím během nabíjení.

MPPT regulátor nabíjení

MPPT regulátor (Maximum power point tracker) poskytuje výstupní napětí a hodnotu proudu, která umožňuje maximální využití potenciálu solární baterie bez ohledu na jas slunečního světla. Když se sníží jas světla, zvýší výstupní napětí na úroveň potřebnou k nabití baterií.

Takový systém se nachází ve všech moderních střídačích a regulátorech nabíjení

Typy baterií používaných v bateriích

Různé typy baterií, které lze použít pro solární panel

Baterie jsou důležitým prvkem 24hodinového solárního napájecího systému pro domácnost.

V těchto zařízeních se používají následující typy baterií:

startér;
gel;
AGM baterie;
zaplavené (OPZS) a hermeticky uzavřené (OPZV) baterie.

Jiné typy baterií, jako jsou alkalické nebo lithiové, jsou drahé a málo používané.

Všechny tyto typy zařízení musí pracovat při teplotách od +15 do +30 stupňů.

Startovací baterie

Nejběžnější typ baterie. Jsou levné, ale mají vysoký samovybíjecí proud. Po pár zamračených dnech se tedy baterie vybijí i bez zátěže.

Nevýhodou takových zařízení je, že se během provozu uvolňuje plyn. Proto musí být instalovány v nebytovém, dobře větraném prostoru.

Životnost takových baterií je navíc až 1,5 roku, zejména při více cyklech nabití-vybití. Z dlouhodobého hlediska tedy budou tato zařízení nejdražší.

Gelové baterie

Gelové baterie jsou bezúdržbové produkty. Během provozu nedochází k emisím plynu, takže je lze instalovat v obývacím pokoji nebo místnosti bez větrání.

Taková zařízení poskytují vysoký výstupní proud, mají vysokou kapacitu a nízký samovybíjecí proud.

Nevýhodou takových zařízení je jejich vysoká cena a krátká životnost.

AGM baterie

Tyto baterie mají krátkou životnost, ale mají mnoho výhod:

žádné emise plynu během provozu;
malá velikost;
velký počet (asi 600) cyklů nabití-vybití;
rychlé (až 8 hodin) nabíjení;
funguje dobře, i když není plně nabitá.

AGM baterie zevnitř

Zaplavené (OPZS) a uzavřené (OPZV) baterie

Taková zařízení jsou nejspolehlivější a mají nejdelší životnost. Mají nízký samovybíjecí proud a vysokou energetickou kapacitu.

Díky těmto vlastnostem jsou tato zařízení nejoblíbenější pro instalaci do systémů fotobuněk.

Jak určit velikost a počet fotobuněk?

Požadovaná velikost a počet fotobuněk závisí na napětí, proudu a výkonu, který má být z baterie odebírán. Napětí jednoho prvku za slunečného dne je 0,5 V. Když je zataženo, je mnohem nižší. Pro nabíjení 12V baterií je tedy sériově zapojeno 36 fotobuněk. Podle toho 24 V baterie vyžadují 72 článků a tak dále. Jejich celkový počet závisí na ploše jednoho prvku a požadovaném výkonu.

Jeden metr čtvereční plochy baterie, vezmeme-li v úvahu účinnost, může produkovat přibližně 150 W. Přesněji ji lze určit z meteorologických příruček ukazujících množství slunečního záření v místě instalace solární elektrárny nebo na internetu. Účinnost zařízení je uvedena v pasu.

Při výrobě fotovoltaiky vlastníma rukama je potřebný počet prvků určen výkonem jednoho prvku v daném klimatu s přihlédnutím k účinnosti.

Výpočet počtu solárních panelů je založen na požadované elektřině

Účinnost solárních panelů v zimě

Navzdory tomu, že slunce v zimě stoupá níže, tok světla se mírně snižuje, zejména po napadnutí sněhu.

Existují tři hlavní důvody, proč jsou solární články v zimě méně účinné:

Úhel dopadu paprsků se mění. Aby byla zachována energie, musí se úhel baterie měnit alespoň jednou za sezónu a nejlépe každý měsíc.
Sníh, zejména mokrý, ulpívá na povrchu zařízení. Po vypadnutí musí být ihned odstraněn.
V zimě je méně denních hodin a více zatažených dnů. Změnit to nejde, takže výkon baterie musíte vypočítat na základě zimního minima.

Pravidla instalace

Maximálního výkonu panelu je dosaženo v poloze, ve které sluneční paprsky dopadají kolmo. To je třeba vzít v úvahu při instalaci. Je také důležité zvážit, v kterou denní dobu je oblačnost minimální. Pokud úhel střechy a její poloha nesplňují požadavky, lze to opravit úpravou základny.

Mezi baterií a střechou by měla být vzduchová mezera 15–20 centimetrů. To je nezbytné pro umožnění průtoku deště a pro zabránění přehřátí.

Fotovoltaické články nefungují dobře ve stínu, proto byste se měli vyvarovat jejich umístění ve stínu budov nebo stromů.

Elektrárny vyrobené ze solárních fotovoltaických článků jsou perspektivním ekologickým zdrojem energie. Jejich široké využití pomůže vyřešit problémy s nedostatkem energie, znečištěním životního prostředí a skleníkovým efektem.

Vlastní nezávislý zdroj elektřiny pomocí solárních baterií (v odborné literatuře se jim říká fotovoltaické panely) si dnes může sestavit a mít k dispozici téměř každý.

Drahé vybavení je časem kompenzováno možností získat elektřinu zdarma. Je důležité, aby solární panely byly ekologickým zdrojem energie. V posledních letech ceny fotovoltaických panelů desetinásobně klesly a nadále klesají, což svědčí o velké perspektivě jejich využití.

Ve své klasické podobě bude takový zdroj elektřiny sestávat z těchto částí: přímo, solární baterie (DC generátor), baterie se zařízením pro řízení nabíjení a invertor, který přeměňuje stejnosměrný proud na střídavý.

Solární panely se skládají ze sady solárních článků (fotovoltaických konvertorů), které přímo přeměňují sluneční energii na elektrickou energii.

Většina solárních článků je vyrobena z křemíku, který je poměrně drahý. Tato skutečnost bude určovat vysoké náklady na elektrickou energii, která se získává pomocí solárních panelů.

Existují dva běžné typy fotovoltaických konvertorů: ty vyrobené z monokrystalického a polykrystalického křemíku. Liší se technologií výroby. První mají účinnost až 17,5% a druhá - 15%.

Nejdůležitějším technickým parametrem solární baterie, který má zásadní vliv na efektivitu celé instalace, je její užitečný výkon. Je určen napětím a výstupním proudem. Tyto parametry závisí na intenzitě slunečního záření dopadajícího na baterii.

Elektromotorická síla jednotlivých solárních článků nezávisí na jejich ploše a klesá při zahřívání baterie sluncem, přibližně o 0,4 % na 1 g. C. Výstupní proud závisí na intenzitě slunečního záření a velikosti solárních článků. Čím jasnější je sluneční světlo, tím více proudu generují solární články. Nabíjecí proud a výstupní výkon se při zatažené obloze výrazně sníží. K tomu dochází snížením proudu dodávaného baterií.

Je-li k libovolné zátěži s odporem Rн připojena baterie osvětlená sluncem, objeví se v obvodu elektrický proud I, jehož velikost je dána kvalitou fotoelektrického měniče, intenzitou osvětlení a odporem zátěže. Výkon Pн, který se uvolní v zátěži, je určen součinem Pн = InUn, kde Un je napětí na svorkách baterie.

Největší výkon se uvolňuje v zátěži při určitém optimálním odporu Ropt, který odpovídá nejvyšší účinnosti přeměny světelné energie na elektrickou energii. Každý měnič má svou vlastní hodnotu Ropt, která závisí na kvalitě, velikosti pracovní plochy a stupni osvětlení.

Solární článek se skládá z jednotlivých solárních článků, které jsou zapojeny do série a paralelně pro zvýšení výstupních parametrů (proud, napětí a výkon). Při sériovém zapojení prvků se zvyšuje výstupní napětí a při paralelním zapojení se zvyšuje výstupní proud.

Aby se zvýšil proud i napětí, jsou tyto dva způsoby připojení kombinovány. Navíc u tohoto způsobu připojení nevede porucha jednoho ze solárních článků k poruše celého řetězce, tzn. zvyšuje spolehlivost celé baterie.

Solární baterie se tedy skládá z paralelně sériově spojených solárních článků. Maximální možný proud dodávaný baterií je přímo úměrný počtu paralelně zapojených solárních článků a elektromotorická síla je úměrná počtu solárních článků zapojených do série. Kombinací typů připojení je tedy sestavena baterie s požadovanými parametry.

Solární články baterie jsou shuntovány diodami. Obvykle jsou 4 - jedna na každou ¼ baterie. Diody chrání části baterie, které jsou z nějakého důvodu zatemněné před selháním, to znamená, pokud na ně v určitém okamžiku nedopadne světlo.

Baterie dočasně generuje o 25 % nižší výkon, než když slunce normálně osvítí celý povrch baterie.

V nepřítomnosti diod se tyto solární články přehřívají a selžou, protože se během stmívání promění v proudové spotřebiče (baterie se vybíjejí přes solární články) a při použití diod jsou vyřazeny a neprotéká jimi žádný proud.

Vzniklá elektrická energie je ukládána do baterií a následně přenášena do zátěže. Baterie jsou chemické zdroje proudu. Baterie se nabíjí, když je na ni aplikován potenciál, který je větší než napětí baterie.

Počet solárních článků zapojených sériově a paralelně musí být takový, aby provozní napětí dodávané do baterií, s přihlédnutím k poklesu napětí v nabíjecím obvodu, mírně převyšovalo napětí baterie a zatěžovací proud baterie poskytoval požadované množství nabíjecího proudu.

Například pro nabíjení 12V olověného akumulátoru je potřeba mít solární akumulátor skládající se z 36 článků.

Při slabém slunečním světle se nabití baterie snižuje a baterie předává elektrickou energii elektrickému přijímači, tzn. Nabíjecí baterie neustále pracují v režimu vybíjení a dobíjení.

Tento proces je řízen speciálním ovladačem. Cyklické nabíjení vyžaduje konstantní napětí nebo konstantní nabíjecí proud.

Za dobrých světelných podmínek se baterie rychle nabije na 90 % své jmenovité kapacity a poté při pomalejším nabíjení na plnou kapacitu. Přepnutí na nižší rychlost nabíjení provádí ovladač nabíječky.

Nejefektivnějším využitím speciálních baterií jsou gelové baterie (baterie využívá jako elektrolyt kyselinu sírovou) a olověné baterie, které jsou vyrobeny technologií AGM. Tyto baterie nevyžadují zvláštní podmínky instalace a nevyžadují údržbu. Certifikovaná životnost takových baterií je 10 - 12 let s hloubkou vybití maximálně 20%. Baterie by se nikdy neměly vybíjet pod tuto hodnotu, jinak se výrazně sníží jejich životnost!

Baterie je připojena k solárnímu panelu pomocí ovladače, který řídí její nabíjení. Když je baterie nabitá na plnou kapacitu, je k solárnímu panelu připojen rezistor, který absorbuje přebytečný výkon.

K přeměně stejnosměrného napětí z baterie na střídavé napětí, kterým lze spolu se solárními bateriemi napájet většinu elektrických přijímačů, lze použít speciální zařízení - invertory.

Bez použití invertoru lze solární baterii použít k napájení elektrických přijímačů pracujících při konstantním napětí vč. různá přenosná zařízení, energeticky úsporné světelné zdroje, například stejné LED lampy.

Autor textu: Andrey Povny. Text byl poprvé zveřejněn na webu Electrik.info. Přetištěno se souhlasem redakce.

Relativně nedávno byla samotná myšlenka poskytování soukromých služeb považována za fantastickou. Dnes je to objektivní realita. V Evropě se používají odedávna, protože jsou téměř nevyčerpatelným zdrojem levné energie. U nás získávání elektřiny z takových zařízení teprve získává na oblibě. Tento proces neprobíhá příliš rychle a důvodem je jejich vysoká cena.

Princip činnosti je založen na tom, že ve dvou křemíkových destičkách potažených různými látkami (bór a fosfor) vzniká vlivem slunečního záření elektrický proud. Volné elektrony se objevují v desce potažené fosforem.

Chybějící částice se tvoří v těch deskách, které jsou potaženy borem. Elektrony se začnou pohybovat pod vlivem světla ze Slunce. Takto vzniká elektrický proud v solárních panelech. Tenké měděné prameny, které pokrývají každou baterii, z ní odvádějí proud a směřují ji k určenému účelu.

S jednou destičkou můžete napájet malou žárovku. Závěr napovídá sám o sobě. Aby solární panely poskytovaly domu dostatečný výkon, musí být jejich plocha poměrně velká.

Křemíkové mechanismy

Princip fungování solární baterie je tedy jasný. Proud vzniká, když jsou speciální desky vystaveny ultrafialovému světlu. Pokud se jako materiál pro vytvoření takových desek použije křemík, pak se baterie nazývají křemík (neboli vodíkový křemík).

Takové oplatky vyžadují velmi složité výrobní systémy. To zase výrazně ovlivňuje cenu produktů.

Existují různé druhy křemíku.

Monokrystalické konvertory

Jsou to panely se zkosenými rohy. Jejich barva je vždy čistě černá.

Pokud mluvíme o monokrystalických konvertorech, lze princip fungování solární baterie stručně označit jako středně účinný. Všechny články fotocitlivých prvků takové baterie jsou nasměrovány jedním směrem.

To vám umožní dosáhnout nejvyšších výsledků mezi podobnými systémy. Účinnost baterií tohoto typu dosahuje 25 %.

Nevýhodou je, že takové panely by měly být vždy obráceny ke slunci.

Pokud se slunce schovává za mraky, klesá k obzoru nebo ještě nevyšlo, pak budou baterie produkovat spíše slabý proud.

Polykrystalický

Desky těchto mechanismů jsou vždy hranaté a tmavě modré. Jejich povrchové složení zahrnuje nehomogenní krystaly křemíku.

Účinnost polykrystalických baterií není tak vysoká jako u monokrystalických modelů. Může dosáhnout 18 %. Tato nevýhoda je však kompenzována výhodami, o kterých bude řeč níže.

Princip fungování tohoto typu solárních článků umožňuje jejich výrobu nejen z čistého křemíku, ale také z recyklovaných materiálů. To vysvětluje některé závady nalezené na zařízení. Charakteristickým rysem mechanismů tohoto typu je, že dokážou poměrně efektivně generovat elektrický proud i za oblačného počasí. Tato užitečná kvalita je činí nepostradatelnými v místech, kde je rozptýlené sluneční světlo běžným každodenním jevem.

Panely z amorfního křemíku

Amorfní panely jsou levnější než jiné, to určuje princip fungování solární baterie a její konstrukci. Každý panel se skládá z několika tenkých vrstev křemíku. Vyrábějí se nástřikem částic materiálu ve vakuu na fólii, sklo nebo plast.

Účinnost panelů je výrazně nižší než u předchozích modelů. Dosahuje 6 %. Vrstvy křemíku na slunci docela rychle mizí. Již po šesti měsících používání těchto baterií klesne jejich účinnost o 15 % a někdy až o 20 %.

Dva roky provozu zcela vyčerpá zdroje účinných látek a panel bude nutné vyměnit.

Existují však dvě výhody, kvůli kterým se tyto baterie stále kupují. Za prvé, fungují i za oblačného počasí. Za druhé, jak již bylo zmíněno, nejsou tak drahé jako jiné možnosti.

Hybridní fotokonvertory

Amorfní křemík je základem pro uspořádání mikrokrystalů. Princip fungování solárního článku je podobný polykrystalickému panelu. Rozdíl mezi tímto typem baterií je v tom, že je schopen generovat vyšší výkon elektrického proudu v podmínkách rozptýleného slunečního světla, například za zataženého dne nebo za svítání.

Baterie navíc fungují nejen pod vlivem slunečního záření, ale také v infračerveném spektru.

Solární konvertory z polymerové fólie

Tato alternativa křemíkových panelů má potenciál ovládnout trh solárních článků. Připomínají film skládající se z několika vrstev. Mezi nimi jsou vodiče, polymerní vrstva aktivní látky, substrát vyrobený z organických látek a ochranný film.

Takové fotočlánky, vzájemně kombinované, tvoří fóliovou solární baterii ve tvaru role. Tyto panely jsou lehčí a kompaktnější než silikonové panely. Při jejich výrobě se nepoužívá drahý křemík a samotný proces výroby není tak drahý. Díky tomu je rolovací panel levnější než všechny ostatní.

Princip fungování solárních baterií způsobuje, že jejich účinnost není příliš vysoká.

Dosahuje 7 %.

Výrobní proces panelů tohoto typu spočívá ve vícevrstvém tisku fotobuňky na film. Výroba je založena v Dánsku.

Další výhodou je možnost rozřezat roli baterie a přizpůsobit ji libovolné velikosti a tvaru.

Je tam jen jedno mínus. Baterie se teprve začaly vyrábět, takže je stále dost těžké je sehnat.

Existuje však důvod se domnívat, že tyto prvky rychle získají mezi spotřebiteli zaslouženou dobrou pověst, což dá výrobcům příležitost nastavit výrobu ve větším měřítku.

Solární vytápění rodinných domů

Princip činnosti je zásadně odlišuje od všech výše popsaných zařízení. Tohle je úplně jiné zařízení. Popis následuje níže.

Hlavní částí topného systému napájeného solární energií je kolektor, který přijímá jeho světlo a přeměňuje ho na kinetickou energii. Plocha tohoto prvku se může lišit od 30 do 70 metrů čtverečních.

K připevnění kolektoru se používá speciální zařízení. Desky jsou navzájem spojeny kovovými kontakty.

Další součástí systému je akumulační kotel. Přeměňuje kinetickou energii na tepelnou energii. Podílí se na ohřevu vody, jejíž výtlak může dosáhnout 300 litrů. Někdy jsou takové systémy podporovány dalšími kotli na suchá paliva.

Solární topný systém doplňují stěnové a podlahové prvky, ve kterých ohřátá kapalina cirkuluje tenkými měděnými trubkami rozmístěnými po celé jejich ploše. Díky nízké náběhové teplotě panelů a rovnoměrnosti prostupu tepla se místnost celkem rychle vytopí.

Jak funguje solární ohřev?

Podívejme se blíže na to, jak fungují solární panely využívající ultrafialové světlo.

Objeví se rozdíl mezi teplotou kolektoru a akumulačního prvku. Chladicí kapalina, kterou je nejčastěji voda, do které byla přidána nemrznoucí směs, začne cirkulovat kolem systému. Práce, kterou vykonává tekutina, je přesně kinetická energie.

Při průchodu tekutiny vrstvami systému se kinetická energie přeměňuje na teplo, které se využívá k vytápění domu. Tento proces cirkulace médií poskytuje místnosti teplo a umožňuje jeho skladování v kteroukoli denní nebo roční dobu.

Zjistili jsme tedy princip fungování solárních panelů.

Pravděpodobně jste si všimli, že běžná kalkulačka pracuje s minimálním osvětlením z jakékoli lampy. Porovnáním velikosti solárního článku kalkulačky a standardního solárního modulu může výkon záření poskytnout představu o výkonu.

A to nebere v úvahu spektrum slunečního záření, které je mnohem širší než viditelné záření lampy. Existují jak infračervené, tak ultrafialové. Tento příklad jasně ukazuje, jak solární baterie od úsvitu do soumraku tiše vykonává svou práci. I když účinnost za oblačného počasí je přirozeně nižší než za slunečného počasí.

Také čím nižší je okolní teplota, tím vyšší je účinnost solární baterie.

Provoz na solární baterie

V dnešní době se solární panely stále častěji nepoužívají ve vesmírném průmyslu, ale v každodenním životě k napájení a nabíjení přenosných elektronických zařízení. A v některých zemích se solární energie již aktivně využívá nejen ve velkých průmyslových solárních elektrárnách. ale i v domácích mini elektroinstalacích. Uvažujme o principu fungování solární baterie. Jak se světelná energie ze slunce přeměňuje na elektrickou energii? Mnohým se může zdát, že princip přeměny světelné energie na elektrickou energii v solární baterii je pro člověka, který nemá v tomto oboru vyšší vzdělání, velmi těžko pochopitelný. To však není pravda. Zvažme tento proces podrobně na příkladu provozu fotoelektrického konvertoru, který se používá u solárních baterií s přímou konverzí.

První fotoelektrické konvertory vytvořili inženýři Bell Labs v roce 1950 speciálně pro použití ve vesmíru. Jsou založeny na polovodičových prvcích. Když na ně dopadá sluneční světlo, dochází k procesu založenému na napěťově-voltaickém jevu v nehomogenních polovodičích. přeměnu světelné energie na elektřinu. Jedná se o přímou transformaci jedné energie na druhou, protože samotný proces je jednostupňový - neexistují žádné přechodné transformace. Účinnost takové konverze přímo závisí na elektrických a fyzikálních vlastnostech polovodičů a také na jejich fotovodivosti - změnách elektrické vodivosti látky při jejím osvětlení.

Podívejme se podrobněji na procesy probíhající v p-n přechodu polovodiče při vystavení slunečnímu záření. Dovolte mi připomenout, že pn přechod je oblast polovodiče, kde se jeho typ vodivosti mění z elektronu na díru. Když sluneční světlo zasáhne přechod v n-oblasti, v důsledku toku nábojů se vytvoří volumetrický kladný náboj a v p-oblasti - volumetrický záporný náboj. V oblasti pn přechodu tedy vzniká potenciální rozdíl. Spojením několika fotovoltaických konvertorů do modulu v určitém pořadí a modulů do baterie získáme solární baterii schopnou vyrábět elektřinu.

Jak funguje solární baterie?

Veškerý život na Zemi vznikl díky energii slunce. Každou vteřinu se na povrch planety dostane obrovské množství energie v podobě slunečního záření. Zatímco spalujeme tisíce tun uhlí a ropných produktů, abychom vytopili naše domovy, země ležící blíže rovníku se dusí vedru. Využití sluneční energie pro lidské potřeby je úkol hodný zvídavé mysli. V tomto článku se podíváme na návrh přímého měniče slunečního záření na elektrickou energii – solárního článku.

Tenký plátek se skládá ze dvou vrstev křemíku s různými fyzikálními vlastnostmi. Vnitřní vrstva je čistý monokrystalický křemík s dírkovou vodivostí. Z vnější strany je potažena velmi tenkou vrstvou „kontaminovaného“ křemíku, například smíchaného s fosforem. Na zadní stranu desky je aplikován nepřetržitý kovový kontakt. Na rozhraní n- a p-vrstev se v důsledku toku náboje tvoří ochuzené zóny s nekompenzovaným objemovým kladným nábojem v n-vrstvě a objemovým záporným nábojem v p-vrstvě. Tyto zóny dohromady tvoří p-n přechod.

Potenciální bariéra, která se objeví na přechodu, brání průchodu většinových nosičů náboje, tzn. elektrony ze strany p-vrstvy, ale volně umožňují průchod menšinových nosičů v opačných směrech. Tato vlastnost p-n přechodů určuje možnost získání foto-emf při ozařování solárního článku slunečním světlem. Když je SC osvětlena, absorbované fotony generují nerovnovážné páry elektron-díra. Elektrony generované v p-vrstvě poblíž p-n přechodu se přibližují k p-n přechodu a jsou přenášeny do n-oblasti elektrickým polem, které v ní existuje.

Podobně se přebytečné otvory vytvořené v n-vrstvě částečně přenesou do p-vrstvy. Výsledkem je, že n-vrstva získává další záporný náboj a p-vrstva získává kladný náboj. Počáteční rozdíl kontaktních potenciálů mezi p- a n-vrstvami polovodiče se zmenšuje a ve vnějším obvodu se objevuje napětí. Záporný pól zdroje proudu odpovídá n-vrstvě a p-vrstva kladné.

Většina moderních solárních článků má jeden pn přechod. V takovém prvku jsou volné nosiče náboje vytvářeny pouze těmi fotony, jejichž energie je větší nebo rovna zakázanému pásmu. Jinými slovy, fotovoltaická odezva unijunction článku je omezena na tu část slunečního spektra, jejíž energie je nad pásmovou mezerou, a fotony s nižší energií nejsou využity. Toto omezení mohou překonat vícevrstvé struktury dvou nebo více solárních článků s různými mezerami v pásmu. Takové prvky se nazývají multi-junction, kaskáda nebo tandem. Protože pracují s mnohem větší částí slunečního spektra, je jejich účinnost fotovoltaické přeměny vyšší. V typickém vícepřechodovém solárním článku jsou jednotlivé solární články uspořádány za sebou tak, že sluneční světlo dopadá na článek s největší mezerou jako první a fotony s nejvyšší energií jsou absorbovány.

Baterie nefungují ze slunečního záření, ale ze slunečního záření v zásadě. Elektromagnetické záření dopadá na Zemi v kteroukoli roční dobu. Jde jen o to, že za oblačného počasí se vyrábí méně energie. Instalovali jsme například autonomní světla na solární pohon. Samozřejmostí jsou krátké intervaly, kdy se baterie nestihnou plně nabít. Ale obecně se to během zimy moc často nestává.

Zajímavé je, že i když na solární panel napadne sníh, stále pokračuje v přeměně sluneční energie. A díky tomu, že se fotobuňky zahřívají, sníh sám odtává. Princip je stejný jako vyhřívání skla automobilu.

Ideální zimní počasí pro solární panel je mrazivý den bez mráčku. Někdy v takových dnech můžete dokonce nastavit generační záznamy.

V zimě se účinnost solárního panelu snižuje. V Moskvě a Moskevské oblasti v průměru vyrobí 8krát méně elektřiny za měsíc. Řekněme, že pokud v létě potřebujete 1 kW energie na provoz chladničky, počítače a stropního osvětlení doma, pak v zimě je pro spolehlivost lepší zásobit se 2 kW.

Přitom na Dálném východě je trvání slunečního svitu delší, účinnost klesá jen jedenapůlkrát až dvakrát. A samozřejmě čím více na jih jedete, tím je rozdíl mezi zimou a létem menší.

Důležitý je také úhel sklonu modulů. Můžete si nastavit univerzální úhel na celý rok. A můžete to změnit pokaždé, v závislosti na ročním období. To nedělají majitelé domu, ale specialisté, kteří na místo chodí.

Princip činnosti solární baterie a jejich typy

Solární energie se používá v průmyslu a každodenním životě v mnoha částech světa. Princip fungování solární baterie je jednoduchý a to je jedna z vlastností této technologie, která přitahuje velké množství lidí. Křemíkový fotovoltaický článek pomáhá přeměňovat sluneční světlo na elektřinu. Volné elektrony se stávají zdrojem elektrického proudu.

Jakmile pochopíte, jak solární baterie funguje, můžete si ji snadno sami navrhnout a použít pro osobní potřeby. Tyto baterie jsou spolehlivé, snadno použitelné a odolné. Výhodou takového zařízení je, že může mít různé velikosti v závislosti na množství potřebné energie.

Stojí za to některé zdůraznit typy solárních panelů. tenkovrstvé, monokrystalické a polykrystalické panely. Nejoblíbenějším typem baterií jsou monokrystalické. Silikonové články díky fotovoltaickému efektu přeměňují sluneční energii na elektřinu. Takové baterie jsou obvykle poměrně kompaktní, protože optimální počet článků v nich je považován za třicet šest. Tyto baterie jsou ideální pro instalaci na nerovném povrchu.

Princip fungování solárního panelu pro domácí typ se příliš neliší. Díky jejich odolnému obalu ze skelných vláken lze takové baterie použít k výrobě energie na lodích. S jejich pomocí můžete zajistit provoz zařízení a dobít baterii. Tato instalace nebude fungovat efektivně za oblačného počasí. Existují také určité teplotní limity, při kterých lze získat největší množství energie.

Jsou velmi žádané tenkovrstvé baterie. Princip fungování tohoto typu solární baterie umožňuje její instalaci kdekoli. Tyto baterie nevyžadují přímé sluneční světlo. Také tyto baterie budou fungovat ve velkém množství prachu. Nevýhodou takových solárních panelů jsou jejich velké rozměry, což vyžaduje alokaci velké plochy pro takové instalace.

Zdroje: super-alternatiwa.narod.ru, scsiexplorer.com.ua, howitworks.iknowit.ru, recyclemag.ru, energorus.com

Preiserova chata – anomální zóna

Záhada bodu obratu ve Velké vlastenecké válce. Metropolita Eliáš

Třetí chrám v Jeruzalémě

Černá paní

Tiahuanaco

Nejlepší ostrovy v Evropě

Jeden ze známých turistických zdrojů, tripadvizor, sestavil na základě recenzí seznam těch nejlepších ostrovů v Evropě. První místo získal ostrov Santorini, který...

Virus Ebola zničený genetickým inženýrstvím

Rok 2014 se nesl ve znamení mnoha alarmujících a tragických událostí, z nichž jedna, ač nemá celosvětový dopad, se mohla stát tak...

Prehistorické příšery

Historie slavného jezera Loch Ness je vždy spojena s mystickou příšerou Nessie. Pro svou nepolapitelnost se dá nazvat mystickým. Jeho...

Tajemství spánku

Téměř všichni lidé mají během jedné noci několik snů. Ne všechny sny jsou však obyčejné, někdy se v nich odrážejí určité události...

Repeater - zesilovač celulárního signálu

I přes neustálý rozvoj mobilních komunikačních technologií se některé problémy dosud nepodařilo zcela vyřešit. Občas se tedy uživatelé setkají s...

Etapy výstavby Kremlu

Moskevská architektura konce XV - začátku XVI století. Etapy výstavby moskevského Kremlu jako obranné struktury. Obecná charakteristika ikonopiseckého umění 16. století...

Prsteny a pečetní prsteny Třetí říše

Sběratelství bylo vždy součástí historie. Díky ní se můžete ponořit do minulých století a pochopit, jak se lidstvo vyvíjelo. Sběratelství zahrnující šperky,...