עקרון הפעולה והמכשיר של פאנלים סולאריים

עקרון הפעולה של הסוללה הסולארית

המכשיר נועד להמיר ישירות את קרני השמש לחשמל. פעולה זו נקראת האפקט הפוטואלקטרי. מוליכים למחצה (פרוסות סיליקון), המשמשים לייצור יסודות, הם בעלי אלקטרונים טעונים חיוביים ושליליים והם מורכבים משתי שכבות, שכבת n (-) ושכבת p (+). עודף אלקטרונים בהשפעת אור השמש נדפקים מהשכבות ותופסים מקומות ריקים בשכבה אחרת. זה גורם לאלקטרונים חופשיים לנוע ללא הרף, לעבור מלוח אחד לאחר, וליצור חשמל שנאגר בסוללה.

אופן הפעולה של סוללה סולארית תלוי במידה רבה בעיצוב שלה. תאים סולאריים נוצרו במקור מסיליקון.הם עדיין מאוד פופולריים, אבל מכיוון שתהליך טיהור הסיליקון הוא מייגע ויקר למדי, מפתחים מודלים עם תאי פוטו חלופיים מתרכובות קדמיום, נחושת, גליום ואינדיום, אך הם פחות פרודוקטיביים.

היעילות של פאנלים סולאריים גדלה עם התפתחות הטכנולוגיה. כיום, נתון זה גדל מאחוז אחד, שנרשם בתחילת המאה, ליותר מעשרים אחוז. זה מאפשר לנו היום להשתמש בפאנלים לא רק לצרכים ביתיים, אלא גם לייצור.

מפרטים

מכשיר הסוללה הסולארית הוא די פשוט, ומורכב ממספר מרכיבים:

ישירות תאים סולאריים / פאנל סולארי;

מהפך הממיר זרם ישר לזרם חילופין;

בקר רמת הסוללה.

קנה סוללות עבור פאנלים סולאריים צריך להיות מבוסס על הפונקציות הנדרשות. הם מאחסנים ומחלקים חשמל. אחסון וצריכה מתרחשים לאורך היום, ובלילה נצרך המטען המצטבר בלבד. לפיכך, יש אספקה ​​קבועה ורציפה של אנרגיה.

טעינה ופריקה מוגזמת של הסוללה תקצר את חייה השימושיים. בקר טעינת הסוללה הסולארית משעה אוטומטית את צבירת האנרגיה בסוללה כשהיא הגיעה לפרמטרים המקסימליים שלה, ומכבה את העומס של המכשיר כשהוא פרוק בכבדות.

(Tesla Powerwall - סוללת פאנל סולארי של 7 קילוואט - וטעינה ביתית לרכבים חשמליים)

מהפך הרשת עבור פאנלים סולאריים הוא האלמנט העיצובי החשוב ביותר. הוא ממיר את האנרגיה המתקבלת מקרני השמש לזרם חילופין בעל יכולות שונות.בהיותו ממיר סינכרוני, הוא משלב את מתח המוצא של זרם חשמלי בתדר ובפאזה עם רשת נייחת.

ניתן לחבר תאי פוטו הן בסדרה והן במקביל. האפשרות האחרונה מגדילה את פרמטרי ההספק, המתח והזרם ומאפשרת למכשיר לעבוד גם אם אלמנט אחד מאבד את הפונקציונליות. מודלים משולבים נעשים באמצעות שתי הסכמות. חיי השירות של הלוחות הם כ-25 שנים.

בחירת פאנלים סולאריים לבית פרטי

לפני רכישת פאנלים סולאריים לבית פרטי, גלה:

• צריכה יומית של חשמל בחדר;
• מקום להתקנת לוחות (מכוון לדרום, בעוד שלא צריך להיות עליהם צל ויש להגדיר את זווית הנטייה המתאימה);
• סוללות ממוקמות בחדר חם בטמפרטורה זו עד 25 מעלות צלזיוס;
• קחו בחשבון את עומסי השיא של מכשירי חשמל;
• שימוש עונתי או קבוע במערכת.

עבור אזורים עם פעילות אור גבוהה, סוללות חד-גבישיות מתאימות ביותר. עבור מעון קיץ או מגרש אישי, אם מתוכנן שימוש עונתי, מודלים פוליגריסטליים מיקרומורפיים מתאימים ביותר. הם זולים יחסית, הם תופסים אור צדדי מפוזר היטב ועובדים בזווית במזג אוויר מעונן.

דוגמא חישוב

אזור הפרברים צורך 3-6 קילוואט-שעה של אנרגיה חשמלית, אך נתון זה עשוי להיות גבוה יותר בעת שימוש במספר רב של מכשירי חשמל או תאורה נוספת בבית. קוטג' בן שלוש קומות צורך בין 20 ל-50 קוט"ש ואף יותר. על סמך המידע שנמסר, נעשה חישוב.

№	צרכני אנרגיה	כוח, W	כַּמוּת	זמן עבודה, ח	צריכת חשמל ליום, קוט"ש
1	מנורה	90	3	3	1
2	מנורה	50	3	3	0,56
3	טֵלֶוִיזִיָה	150	1	4	0,7
4	לִשְׁאוֹב	400	1	2	1
5	מְקָרֵר	1200	1	2	3
6	מחברת	400	1	2	0,8
7	לוויינים	20	1	4	0,9
סך הכל:	—	—	—	7 קילוואט (כולל הפסדים)

עוצמת האנרגיה של הקוטג' היא 7 קילוואט (כולל הפסדים). אם הבית ממוקם בדרום, שם יש מספיק אור שמש לאספקת אנרגיה, אז יהיה צורך בכ-20 סוללות. כוח העבודה של פאנל אחד הוא 400 וואט. כמות זו מספיקה כדי לספק אנרגיה לאזור פרברי שבו מתגוררת באופן קבוע משפחה של 4-6 אנשים.

הַתקָנָה

בעת רכישת מוצרים של חברה מסוימת, אתה מקבל דיאגרמות חיווט מפורטות והוראות, ואתה יכול להתקין ספקי כוח אל פסק ופאנלים סולאריים במו ידיך. אבל אם אתה לא רוצה להתעסק בהתקנה ותצורה של מערכות או שמעולם לא עשיתם זאת קודם לכן, הפקידו את העבודה הזו בידי אנשי מקצוע.

מומחים מגיעים לאתר ומבצעים התקנה והזמנת ציוד תוך זמן קצר. בממוצע, התקנת תחנת כוח סולארית אורכת בין יום לארבעה ימים, בהתאם למורכבות המערכת, תוך יום עד יומיים מותקן אל-פסק.

התקנה של מודולים סולאריים מתבצעת על פי תכנית מאושרת מראש, וכל רכיבי המערכת; סוללות, בקרי טעינה וממירים מותקנים במקום נוח ונגיש עבורכם. תחנת הכוח קלה לתחזוקה. פאנלים סולאריים בעלי משטח חלק מזכוכית מיוחדת, שאינה מאפשרת הצטברות שלג ואבק. סוללות המשמשות למערכות סולאריות הן נטולות תחזוקה ואורך חיים של עד 10 שנים.

טיפים

מומחים נותנים מספר המלצות כיצד להניח ולחבר כראוי פאנלים סולאריים.

לרוב, מוצרים המשתמשים במקורות אנרגיה חלופיים מותקנים על הגג או על הקירות של בניית דיור, לעתים רחוקות יותר הם משתמשים בתומכים אמינים מיוחדים.

בכל מקרה, יש לשלול לחלוטין כל הפסקות, כלומר, יש לכוון את הסוללות בצורה כזו שהן לא נופלות בצל של עצים גבוהים ובניינים שכנים.
ההתקנה של סט צלחות מתבצעת בשורות, סידורן מקביל, בהקשר זה, חשוב ביותר לוודא שהשורות הגבוהות יותר לא יטילו צל על אלה שמתחת. לדרישה זו חשיבות רבה, שכן הצללה מלאה או חלקית מעוררת הפחתה ואף הפסקה מוחלטת של כל ייצור אנרגיה, בנוסף עלולה להתרחש השפעת היווצרות "זרמים הפוכים" הגורמת פעמים רבות לתקלה בציוד.

כיוון נכון לאור השמש הוא קריטי ליעילות וליעילות של הפאנלים.

חשוב מאוד שהמשטח יקבל את כל קרני ה-UV האפשריות. הכיוון הנכון מחושב על סמך נתונים על המיקום הגיאוגרפי של הבניין

לדוגמה, אם הפנלים מותקנים בצד הצפוני של הבניין, אז הלוחות צריכים להיות מכוונים לדרום.
חשובה לא פחות היא זווית הנטייה הכוללת של המבנה, היא נקבעת גם על ידי הכיוון הגיאוגרפי של המבנה.מומחים חישבו כי מחוון זה צריך להתאים לקו הרוחב של מיקום הבית, ומכיוון שהשמש, בהתאם לזמן השנה, משנה את מיקומה מעל האופק מספר פעמים, הגיוני לשקול להתאים את זווית ההתקנה הסופית של סוללות. בדרך כלל התיקון אינו עולה על 12 מעלות.

• יש להניח את הסוללות בצורה כזו שתספק גישה חופשית אליהן, שכן בזמן החורף הקר יהיה צורך לנקות אותן מעת לעת מפני שלג תוקף, ובעונה החמה - מכתמי גשם, אשר מפחיתים משמעותית את היעילות של שימוש בסוללות.
• נכון להיום, ישנם דגמים סיניים ואירופיים רבים של פאנלים סולאריים במבצע, הנבדלים בעלותם, כך שכל אחד יכול להתקין את הדגם האופטימלי לתקציב שלו.

לסיכום, יש לציין כי כוכב הלכת שלנו יקבל את התועלת הגדולה ביותר מהשימוש בפאנלים סולאריים, שכן מקור אנרגיה זה אינו גורם לחלוטין נזק לסביבה. אם אתה, כצרכן, דואג לעתיד כדור הארץ שלנו, מהפוטנציאל של משאבי הקרקע שלו ולשימור משאבי הטבע, אז פאנלים סולאריים הם הבחירה הטובה ביותר.

כיצד להתקין סוללה סולארית על גג הבית, ראו את הסרטון הבא.

מסקנה בנושא

גישה מקצועית להתקנת תחנת כוח סולארית תאפשר לכם לקחת בחשבון את כל הגורמים, הניואנסים ולהימנע מטעויות מטרידות.

כללים כלליים להתקנת פאנלים סולאריים

בעת התקנת פאנלים סולאריים, יש צורך לקחת בחשבון 5 גורמים, ששילובם קובע בסופו של דבר את מקום ושיטת ההתקנה:

1. פיזור חום
2. צֵל
3. נטייה
4. לנטות
5. זמינות לשירות

כפי שהוזכר לעיל, פיזור החום ממלא תפקיד חשוב בשמירה על ביצועי הסוללות. חובה להשאיר פער אוורור בין הפאנל למישור ההתקנה, וככל שהוא גדול יותר, כך ייטב. בדרך כלל, בעת הרכבה של מסגרת או מסגרת להרכבת מודולים בין הפאנל למטוס, נותרו 5-10 סנטימטרים. אוורור מרבי מובטח כאשר הוא מותקן על מסגרת או מוט נפרדים.

כל צל הנופל על הסוללה מעצים או מבנים "מכבה" את התא המוצל, מה שמאיץ את השפלה של מודולים חד-גבישיים יקרים ועוצר לחלוטין את ייצור החשמל בפול-גבישים. היצרנים מציעים דרכים שונות למזער את הסיכון ל"נקודה חמה" עקב הפרעה במעגל החשמלי, שיש לקחת בחשבון בעת ​​הרכישה. אבל עדיף להתקין את הסוללה בצורה כזו שהצל ה"קשה" לא יכול ליפול עליה בשום אופן. צל "רך" עקב ערפל, עננים או ערפיח אינו פוגע בסוללה, הוא רק מפחית את תפוקת החשמל.

אתה צריך לכוון את הסוללה לדרום - כך שהבידוד יהיה מקסימלי. כל שאר שיטות ההתקנה הן פשרות, ועדיף לא להתחשב בהן. זה יהיה לא הגיוני להוציא עשרות אלפי רובלים על רכישת מודולים, אבל זה יהיה לא הגיוני לכוון את הסוללה לא לשמש. מפות אינסולציה עבור אזורים שונים של הפדרציה הרוסית מתפרסמות באינטרנט וזמינות לציבור. הרצועה המרכזית של רוסיה ממוקמת בעיקר באזור ה-2 של בידוד, שם מ-1 מ"ר. מטרים של מודול סולארי אידיאלי המותקן כהלכה יכולים להפיק עד 3 קילוואט ליום.

הזמינות של סוללה לניקוי מהיר של פני השטח מאפשרת לך לבצע פעולה פשוטה זו ללא מעורבות של מומחים.בחורף יש לשחרר את פני השטח משלג, בקיץ - מאבק ולכלוך הנגרמים מרוח וגשם. אם יש חפץ בבנייה בקרבת מקום, יהיה צורך לנקות את פני המודולים מדי יום. הדרך הקלה ביותר לעשות זאת היא באמצעות סילון מים מצינור או מכל מברשת לניקוי חלונות.

איך להגיע ליעילות מקסימלית

בקניית פאנלים סולאריים לבית, חשוב מאוד לבחור עיצוב שיוכל לספק לביתכם חשמל מספק. מאמינים כי היעילות של פאנלים סולאריים במזג אוויר מעונן היא בערך 40 ואט ל-1 מטר מרובע לשעה.

למעשה, במזג אוויר מעונן, עוצמת האור בגובה פני הקרקע היא כ-200 וואט למ"ר, אך 40% מאור השמש הוא קרינת אינפרא אדום, שלה פאנלים סולאריים אינם רגישים. כדאי גם לקחת בחשבון שיעילות הסוללה רק לעיתים רחוקות עולה על 25%.

לפעמים האנרגיה מאור שמש עז יכולה להגיע ל-500 ואט למ"ר, אבל החישובים צריכים לקחת בחשבון את הנתונים המינימליים, שיהפכו את מערכת אספקת החשמל האוטונומית ללא הפרעה.

כל יום השמש זורחת בממוצע 9 שעות, אם ניקח את הממוצע השנתי. ביום אחד, מטר מרובע משטח הממיר מסוגל לייצר 1 קילוואט חשמל. אם תושבי הבית צורכים כ-20 קילוואט חשמל ביום, אזי השטח המינימלי של פאנלים סולאריים צריך להיות כ-40 מ"ר.

עם זאת, אינדיקטור כזה של צריכת חשמל בפועל הוא נדיר. ככלל, הדיירים ישתמשו עד 10 קילוואט ליום.

אם אנחנו מדברים על האם פאנלים סולאריים עובדים בחורף, אז כדאי לזכור שבעונה זו של השנה משך שעות האור מצטמצם מאוד, אבל אם אתה מספק למערכת סוללות חזקות, אז האנרגיה המתקבלת ביום צריכה להיות מספיק, תוך התחשבות בנוכחות של סוללת גיבוי.

בבחירת מצבר סולארי חשוב מאוד לשים לב לקיבולת המצברים. אם אתה צריך פאנלים סולאריים שעובדים בלילה, אז הקיבולת של סוללת הגיבוי משחקת תפקיד מפתח. כמו כן, המכשיר חייב להיות עמיד בפני טעינה תכופה.

כמו כן, המכשיר חייב להיות עמיד בפני טעינה תכופה.

למרות העובדה שעלות התקנת פאנלים סולאריים יכולה לעלות על מיליון רובל, העלויות ישתלמו תוך מספר שנים, שכן אנרגיה סולארית היא בחינם לחלוטין.

איך עובדת סוללה סולארית

כל היצורים החיים על פני כדור הארץ התעוררו הודות לאנרגיה של השמש. בכל שנייה, כמות עצומה של אנרגיה מגיעה לפני השטח של כדור הארץ בצורה של קרינת שמש. בזמן שאנחנו שורפים אלפי טונות של פחם ומוצרי נפט כדי לחמם את בתינו, מדינות הקרובות יותר לקו המשווה נמקות בחום. להשתמש באנרגיית השמש לצרכים אנושיים זו משימה ראויה למוחות סקרנים. במאמר זה נשקול את התכנון של ממיר ישיר של אור שמש לאנרגיה חשמלית - תא סולארי.

הפרוסה הדקה מורכבת משתי שכבות של סיליקון בעלות תכונות פיזיקליות שונות. השכבה הפנימית היא סיליקון חד-גביש טהור עם מוליכות חורים. בחוץ הוא מכוסה בשכבה דקה מאוד של סיליקון "מזוהם", למשל, בתערובת של זרחן.מגע מתכת מוצק מוחל על הצד האחורי של הצלחת. בגבול שכבות n-ו-p, כתוצאה מהצפת המטענים, נוצרים אזורים מדולדלים עם מטען נפח חיובי ללא פיצוי ב-n-מטען שלילי שכבה ונפח בשכבת p. אזורים אלה יוצרים יחד צומת p-n.

המחסום הפוטנציאלי המתעורר בצומת מונע מעבר של נושאי החיוב הרוב, כלומר. אלקטרונים מהצד של שכבת p, אך עוברים בחופשיות נשאים קטנים בכיוונים מנוגדים. תכונה זו של צמתים p-n קובעת את האפשרות לקבל photo-emf בעת הקרנת תאים סולאריים באור שמש. כאשר ה-SC מואר, הפוטונים הנקלטים יוצרים זוגות אלקטרונים-חורים שאינם בשיווי משקל. אלקטרונים הנוצרים בשכבת p ליד צומת p-n מתקרבים לצומת p-n ומתבצעים לאזור n על ידי השדה החשמלי הקיים בו.

באופן דומה, חורים עודפים שנוצרו בשכבת n מועברים חלקית לשכבת p. כתוצאה מכך, שכבת n רוכשת מטען שלילי נוסף, ושכבת p רוכשת חיובי. הפרש פוטנציאל המגע הראשוני בין שכבות p ו-n של המוליך למחצה יורד, ומתח מופיע במעגל החיצוני. הקוטב השלילי של מקור הזרם מתאים לשכבת n, ושכבת p לחיובית.

לרוב התאים הסולאריים המודרניים יש צומת p-n יחיד. ביסוד כזה, נושאי מטען חופשיים נוצרים רק על ידי אותם פוטונים שהאנרגיה שלהם גדולה או שווה לפער הרצועה. במילים אחרות, התגובה הפוטואלקטרית של תא צומת יחיד מוגבלת לחלק של ספקטרום השמש שהאנרגיה שלו גבוהה מפער הרצועה, ולא נעשה שימוש בפוטונים בעלי אנרגיה נמוכה יותר.ניתן להתגבר על מגבלה זו על ידי מבנים רב שכבתיים של שניים או יותר SCs עם פערי פס שונים. אלמנטים כאלה נקראים רב צומת, מפל או טנדם. מכיוון שהם עובדים עם חלק גדול בהרבה מהספקטרום הסולארי, יש להם יעילות המרה פוטו-וולטאית גבוהה יותר. בתא סולארי טיפוסי רב-צומת, תאים פוטו-וולטאיים בודדים מסודרים אחד מאחורי השני באופן שאור השמש פוגע תחילה בתא עם הפער הגדול ביותר, בעוד הפוטונים בעלי האנרגיה הגבוהה ביותר נספגים.

סוללות לא פועלות מאור השמש, אלא מאור השמש באופן עקרוני. קרינה אלקטרומגנטית מגיעה לכדור הארץ בכל עת של השנה. רק במזג אוויר מעונן, מופקת פחות אנרגיה. לדוגמה, התקנו אורות סולאריים אוטונומיים. כמובן, יש פרקים קצרים שבהם אין לסוללות זמן להיטען במלואו. אבל באופן כללי, זה לא קורה כל כך הרבה במהלך החורף.

מעניין, גם אם שלג יורד על הפאנל הסולארי, הוא עדיין ממשיך להמיר אנרגיה סולארית. ובשל העובדה שתאי הפוטו מתחממים, השלג עצמו מפשיר. העיקרון זהה לחימום הזכוכית של מכונית.

מזג אוויר חורפי מושלם ליום קפוא ללא עננים בסוללה סולארית. לפעמים בימים כאלה ניתן לארגן אפילו רישומי דור.

בחורף היעילות של הפאנל הסולארי יורדת. במוסקבה ובאזור מוסקבה היא מייצרת בממוצע פי 8 פחות חשמל בחודש. נניח שבקיץ להפעלת מקרר, מחשב ותאורה עיליה בבית יש צורך ב-1 קילוואט אנרגיה, ואז בחורף עדיף להצטייד ב-2 קילוואט לאמינות.

יחד עם זאת, במזרח הרחוק, משך השמש ארוך יותר, היעילות מצטמצמת רק פי אחד וחצי עד פעמיים. וכמובן, ככל שדרומה יותר, ההבדל בין חורף לקיץ קטן יותר.

גם זווית הנטייה של המודולים חשובה. אתה יכול להגדיר את הזווית האוניברסלית לכל השנה. ואתה יכול לשנות כל פעם, בהתאם לעונה. זה לא נעשה על ידי בעלי הבית, אלא על ידי מומחים שנכנסים לאתר.

אפשרויות חיבור סולארי

פאנלים סולאריים מורכבים ממספר פאנלים בודדים. כדי להגדיל את פרמטרי הפלט של המערכת בצורה של כוח, מתח וזרם, האלמנטים מחוברים זה לזה, תוך יישום חוקי הפיזיקה.

ניתן לבצע חיבור של מספר פאנלים זה לזה באמצעות אחת משלוש תוכניות הרכבה של פאנלים סולאריים:

• מַקְבִּיל;
• עִקבִי;
• מעורב.

המעגל המקביל כרוך בחיבור מסופים בעלי שם זהה זה לזה, שבהם יש לאלמנטים שני צמתים משותפים של התכנסות מוליכים והסתעפות שלהם.

עם מעגל מקביל, הפלוסים מחוברים לפלוסים, והמינוסים למינוסים, וכתוצאה מכך זרם המוצא גדל, ומתח המוצא נשאר בטווח של 12 וולט.

הערך של זרם הפלט המקסימלי האפשרי במעגל מקביל הוא פרופורציונלי ישר למספר האלמנטים המחוברים. העקרונות לחישוב הכמות מובאים במאמר שאנו ממליצים עליו.

המעגל הטורי כולל חיבור של קטבים מנוגדים: ה"פלוס" של הפאנל הראשון ל"מינוס" של השני. ה"פלוס" הנותרים שאינם בשימוש של הפאנל השני וה"מינוס" של הסוללה הראשונה מחוברים לבקר הממוקם בהמשך המעגל.

חיבור מסוג זה יוצר תנאים לזרימת זרם חשמלי, בהם יש רק דרך אחת להעביר את נושא האנרגיה מהמקור לצרכן.

עם חיבור טורי, מתח המוצא עולה ומגיע ל-24 וולט, וזה מספיק כדי להפעיל ציוד נייד, מנורות LED וכמה מקלטי חשמל

לרוב נעשה שימוש במעגל מקבילי סדרתי או מעורב כאשר יש צורך לחבר מספר קבוצות של סוללות. על ידי הפעלת מעגל זה, ניתן להגדיל הן את המתח והן את הזרם במוצא.

עם ערכת חיבור מקבילי-סדרה, מתח המוצא מגיע לסימן, שמאפייניו מתאימים ביותר לפתרון מרבית המשימות הביתיות

אפשרות זו מועילה גם במובן זה שבמקרה של כשל באחד המרכיבים המבניים של המערכת, שרשראות מקשרות אחרות ממשיכות לתפקד. זה מגדיל משמעותית את האמינות של המערכת כולה.

גלריית תמונות

תמונה מ

חיבור תאים סולאריים

מספר לוחות בהתאם לצרכים

חיבור טורי של מכשירים סולאריים

חיבור ישיר לגופי תאורה

העיקרון של הרכבת מעגל משולב מבוסס על העובדה שהמכשירים בתוך כל קבוצה מחוברים במקביל. והחיבור של כל הקבוצות במעגל אחד מתבצע ברצף.

על ידי שילוב סוגים שונים של חיבורים, לא יהיה קשה להרכיב סוללה עם הפרמטרים הדרושים. העיקר הוא שמספר התאים המחוברים צריך להיות כזה שמתח ההפעלה המסופק לסוללות, בהתחשב בירידה שלו במעגל הטעינה, יעלה על מתח הסוללות עצמן, וזרם העומס של הסוללה בו זמנית. הזמן מספק את הכמות הנדרשת של זרם הטעינה.