Принцип работы солнечной батареи
Устройство предназначено для непосредственного преобразования лучей солнца в электричество. Этот действие называется фотоэлектрическим эффектом. Полупроводники (кремневые пластины), которые используются для изготовления элементов, обладают положительными и отрицательными заряженными электронами и состоят их двух слоев n-слой (-) и р-слой (+).
Излишние электроны под воздействием солнечного света выбиваются из слоев и занимают пустые места в другом слое. Это заставляет свободные электроны постоянно двигаться, переходя из одной пластины в другую вырабатывая электричество, которое накапливается в аккумуляторе.
Технические характеристики
Устройство солнечной батареи состоит из нескольких компонентов:
- Непосредственно фотоэлементы / солнечная панель;
- Инвертор, преобразовывающий постоянный ток в переменный;
- Контроллер уровня заряда аккумулятора.
(Tesla Powerwall - аккумулятор для солнечных панелей на 7 КВт - и домашняя зарядка для электромобилей)
Установка солнечных батарей
Если конструкции будут использоваться для электрообеспечения жилых пространств, то место установки следует выбирать тщательно. Если панели будут загорожены высотными зданиями или деревьями, то трудно будет получить необходимую энергию. Их необходимо разместить там, где поток солнечных лучей максимален, то есть на южную сторону. Конструкцию лучше установить под наклоном, угол которого равен географической широте месторасположения системы.
Солнечные панели должны размещаться таким образом, чтобы хозяин имел возможность периодически очищать поверхность от пыли и грязи или снега, поскольку это приводит к более низкой способности выработки энергии.
Солнечная батарея своими руками
Те, кто хочет сэкономить, задумываются, как сделать солнечную батарею в домашних условиях самостоятельно, чтобы она обладала необходимыми эксплуатационными параметрами и полностью обеспечивала энергетические потребности. Это особенно актуально для мест отдаленных от главных артерий цивилизации.
Солнечные батареи своими руками в домашних условиях изготавливаются из соответствующих элементов, которые можно купить в открытом доступе в специализированных компаниях или через интернет магазины. Если кремниевые пластины должны приобретаться у производителей, то остальные элементы, такие как лента, рамка, пленка, стекло, припой и прочее можно вполне обнаружить и дома в хозяйстве.
Производство солнечных батарей базируется на применении новейших технологий, которые постоянно развиваются, предлагая более усовершенствованные модели. В зависимости от размеров устройств, они могут использовать для различных целей в местах, где нет снабжения электроэнергией. Они встречаются на калькуляторах, часах, различных мобильных устройствах.
Так, например, рюкзак с солнечной батареей будет незаменимым помощником тех, кто любит путешествовать с комфортом. Он накопит достаточно энергии, чтобы зарядить фонарик для освещения туристической палатки или чтобы во время похода заряжать необходимые гаджеты.
Современные устройства со встроенными солнечными модулями
- Power bank с солнечной батареей – внешний накопитель с фотоэлементами для преобразования солнечных лучей в заряд аккумулятора. Он обладает несколькими портами и предназначен для зарядки смартфонов или планшетов. Это незаменимое устройство для тех кто, много времени тратят в дороге и пользуются гаджетами. Устройство может дополняться различными функциями, например, фонариком.
- Робот конструктор – наборы с различными элементами, из которых можно собрать несколько конструкций, которые двигаются автономно. Это лучшая игрушка для любознательных детей. Робот конструктор на солнечной батарее купить интересно будет не только малышам, но и вполне взрослым дяденькам, поскольку захватывающим является не только движение робота, но и сам процесс сборки.
- Уличные садовые светильники на солнечных батареях – идеальное решение для сада, огорода или приусадебного участка. Благодаря накопленному заряду они будут светиться всю ночь. Для этого не нужно прокладывать специальную проводку. Их можно брать с собой на рыбалку или семейный поход. Чрезвычайная мобильность, компактность и удобство делают фонари самыми востребованными изделиями на солнечных батареях.
Как работает солнечная батарея?
Основой фотоэлемента является кристалл кремния. Соединения кремния очень распространены в природе. Самый известный – это оксид кремния или песок. Кристалл кремния можно упрощенно назвать большой песчинкой.
На полученные пластины кремния нанесён с одной стороны слой бора, а с другой ─ фосфора.
В местах контакта кремниевой пластины с бором имеется избыток электронов. На другой стороне по границе кремниевой пластины с фосфором недостаёт электронов. Там образуются «дырки», как их принято называть. Такую стыковку границ с избыточным количеством электроном и их недостатком называют p-n переходом.
При попадании солнечного света на фотоэлементы батареи их поверхность бомбардируется фотонами. Они выбивают избыточные электроны на границе с фосфором, и они начинают движение к «дыркам» на границе с бором. Таким образом, возникает электрический ток, являющийся упорядоченным движением электронов. К фотоэлементу подводятся металлические дорожки, через которые и собирается ток. В этом и выражается принцип работы кремниевого фотоэлемента.
Мощность одного фотоэлектрического элемента маленькая, а напряжение составляет около 0,5 вольта. Поэтому их последовательно объединяют в батареи по 36 штук, чтобы получить на выходе 18 вольт. Это хватит для того, чтобы зарядить аккумулятор 12 вольт.
Стоит отметить, что полностью отказаться от электричества из централизованных сетей не получиться. Но после установки солнечной батареи можно будет сэкономить на коммунальных расходах.
Что касается установки солнечных батарей, то здесь следует отметить следующие моменты:
- Устанавливать панели нужно на южной стороне крыши, фасада или на участке стороной на юг;
- Угол наклона соответствует значению широты вашего региона;
- Рядом не должно быть объектов, отбрасывающих тень на солнечные батареи;
- Поверхность панелей нужно регулярно очищать от грязи и пыли;
- Желательно использовать системы с отслеживанием положения солнца.
Сила тока
Факторы, влияющие на силу тока в солнечном элементе:
- количество света, попавшего на поверхность элемента;
- интенсивность излучения источника света;
- площадь принимающего фотоны элемента;
- угол падения света на принимающий элемент;
- время эксплуатации элемента;
- КПД системы (в настоящее время у самых передовых аналогов он составляет не более 24%. О КПД солнечных батарей Вы можете прочитать в этой статье.);
- температура окружающего воздуха (чем выше она, тем больше у элемента сопротивление).
Элементы для улучшения работы
Солнечный трекер - это устройство, предназначенное для слежения за движением Солнца и поворота солнечной панели таким образом, чтобы на её поверхность попадало как можно больше солнечных лучей.
Преимущества и недостатки
Плюсы:
- экологичность (не загрязняет окружающую среду);
- долговечность (при бережном использовании фотоэлементы прослужат несколько десятков лет);
- достаточно простой принцип работы.
Минусы:
- сложность сборки самой системы и наладки её работы;
- низкий КПД (для потребления 200 Кв в месяц нужно 12-15 кв. метров батарей);
- высокая стоимость и низкая окупаемость системы.
Виды солнечных панелей
Солнечная батарея в общем виде – конструкция, содержащая темные детали, покрытые стеклом, с полосами из металла, проводящими электрический ток.
По мощности:
— До 10 Вт
— От 200 Вт
По виду фотоэлементов:
— Фотохимические
— Органического вида
Основа:
— полупроводники из кремния
— арсенид галлия
По гибкости
— Гибкие
— Портативные
Виды кристаллов фотоэлементов
Поликристаллы
Отличительная особенность – синий цвет, КПД — 14%.
Монокристаллы
Эффективность — 16%.
Основа – аморфный кремний. Производительность – 6-8%.
Основа — теллурид кадмия. Эффективность — 11%.
Основа — полупроводнике CIGS. Значение эффективности — 25%.
Посмотрите видео, как собрать солнечную батарею своими руками
Параметры установок
Качественные и высокопроизводительные изделия должны иметь следующие параметры:
• показатель КПД свыше 20%;
• высокий уровень сопротивления;
• стекло должно быть закалённым;
• устойчивость к плохим погодным условиям;
• в южных регионах предпочтение отдаётся поликристаллическим моделям;
• для северных регионов рекомендуются монокристаллические плиты.
Монтаж солнечной батареи
Начать изготовление станции нужно с разработки проекта.
На этом этапе учитываются следующие факторы:
— место установки модулей;
— расчёт угла наклона конструкции;
— если предполагается использовать кровлю под установку, просчитать несущую способность кровельного каркаса, стен и фундамента;
— отдельное помещение или уголок в доме под аккумуляторы.
После приобретения необходимого оборудования и фотоэлементов выполняется монтаж.
• Каркас собирается из алюминиевого уголка шириной 35 мм. Объем ячейки должен соответствовать размерам необходимого количества фотоэлементов (835х690 мм).
• В заготовленной раме из алюминия сделать отверстия для метизов.
• Внутреннюю часть уголка обработать герметиком в два слоя.
• В раму уложить лист из оргстекла, поликарбоната, плексигласа или другого материала. Уплотнить соединения рамы и листа путём лёгкого прижима поверхностей по периметру. Оставить на открытом воздухе до полного высыхания.
• Зафиксировать стекло десятью метизами в отверстия, размещённые по углам и сторонам рамки.
• Перед креплением фотоэлементов очистить поверхность от пыли.
• Припаять проводник к плитке, предварительно протерев контакты спиртом и уложив на них флюс. Во время работы с кристаллом нужно избегать давления на него. Хрупкая структура может разрушиться.
• Уложить по всей длине контакта шину и медленно провести по ней горячим паяльником.
• Перевернуть пластины и выполнить пайку аналогичным образом.
• Выложить фотоэлементы на оргстекло в рамке, зафиксировать их с помощью монтажной ленты. Раскладку легче выполнить после разметки. Для крепления рекомендуется использовать силиконовый клей, который наносится точечным способом. Одной капли на плитку достаточно.
• Располагать кристаллы с соблюдением зазора 3-5 мм, чтобы избежать деформирования поверхности при нагревании.
• Выполнить соединение проводников по краям фотоэлементов с общими шинами.
• Специальным прибором протестировать качество пайки.
• Герметизировать панель, нанеся герметик между плитками. Осторожно придавить их пальцами, чтобы края плотно прилегли к стеклу и промазать герметиком края рамки.
• С боковой стороны каркаса установить соединительный разъем, к которому подключить диоды Шоттки.
• Закрыть рамку защитным стеклом. Уплотнить все соединения для предотвращения попадания внутрь влаги.
• Лицевую сторону панели обработать лаком.
• Закрепить панель на кровлю или другое место, расположенное на солнечной стороне.
Фотопреобразователи гибридного типа
Аморфный кремний является основой для расположения микрокристаллов. Принцип работы солнечной батареи делает ее похожей на поликристаллическую панель. Отличие батарей такого типа состоит в том, что они способны вырабатывать электрический ток большей мощности в условиях рассеянного солнечного света, например, в пасмурный день или на рассвете.
Кроме того, батареи работают под воздействием не только солнечного света, но и в инфракрасном спектре.
Полимерные пленочные солнечные преобразователи
У этой альтернативы панелям из кремния есть все шансы занять лидирующее положение на рынке солнечных батарей. Они напоминают пленку, состоящую из нескольких слоев. Среди них можно выделить сетку алюминиевых проводников, полимерный слой активного вещества, подложка из органики и защитной пленки.
Такие фотоэлементы, объединенные друг с другом, образуют пленочную солнечную батарею рулонного типа. Эти панели легче и компактнее кремниевых. При их изготовлении не используется дорогостоящий кремний, и сам процесс производства не такой затратный. Это делает рулонную панель дешевле всех прочих.
Принцип работы солнечной батареи делает их КПД не слишком высоким.
Он достигает 7%.
Процесс изготовления панелей этого типа сводится к многослойному печатанию на пленку фотоэлемента.
Рулонную батарею можно резать любой формы и размера.
Отопление солнечной энергией домов
Принцип работы солнечной батареи для отопления дома кардинально отличает их от всех описанных выше приспособлений. Это совершенно другое устройство.
Главной деталью отопительной системы, работающей на энергии солнца, является коллектор, принимающий его свет и преобразовывающий его в кинетическую энергию. Площадь этого элемента может варьироваться от 30 до 70 квадратных метров.
Для крепления коллектора используется специальная техника.
Накопительный бойлер трансформирует кинетическую энергию в тепловую. Он участвует в нагревании воды, литраж которой может достигать 300 литров. Иногда такие системы поддерживаются дополнительными котлами на сухом топливе.
Источники:
- MBH News
- AkbInfo.ru
- teplo.guru
- bezopasnik.info
- nastroike.com
- 101Светильник
- Интерьер квартиры и дизайн своими руками
- FB.ru
- Популярная механика
- nag.ru
- 220v.guru
- Малоэтажная Страна
- Практическая электроника
Оставить комментарий: