Il principio di funzionamento e il dispositivo dei pannelli solari

Il principio di funzionamento della batteria solare

Il dispositivo è progettato per convertire direttamente i raggi solari in elettricità. Questa azione è chiamata effetto fotoelettrico. I semiconduttori (wafer di silicio), utilizzati per creare elementi, hanno elettroni carichi positivi e negativi e sono costituiti da due strati, lo strato n (-) e lo strato p (+). Gli elettroni in eccesso sotto l'influenza della luce solare vengono eliminati dagli strati e occupano posti vuoti in un altro strato. Ciò fa sì che gli elettroni liberi si muovano costantemente, spostandosi da una piastra all'altra, generando elettricità che viene immagazzinata nella batteria.

Il funzionamento di una batteria solare dipende in gran parte dal suo design. Le celle solari erano originariamente realizzate in silicio.Sono ancora molto popolari, ma poiché il processo di purificazione del silicio è piuttosto laborioso e costoso, sono in fase di sviluppo modelli con fotocellule alternative da composti di cadmio, rame, gallio e indio, ma sono meno produttivi.

L'efficienza dei pannelli solari è aumentata con lo sviluppo della tecnologia. Oggi questa cifra è aumentata dall'uno per cento, registrato all'inizio del secolo, a oltre il venti per cento. Questo ci permette oggi di utilizzare i pannelli non solo per le necessità domestiche, ma anche per la produzione.

Specifiche

Il dispositivo a batteria solare è abbastanza semplice ed è composto da diversi componenti:

Direttamente celle solari/pannello solare;

Un inverter che converte la corrente continua in corrente alternata;

Regolatore del livello della batteria.

L'acquisto di batterie per pannelli solari dovrebbe essere basato sulle funzioni richieste. Accumulano e distribuiscono elettricità. Lo stoccaggio e il consumo avvengono durante il giorno e di notte viene consumata solo la carica accumulata. Quindi, c'è una fornitura costante e continua di energia.

Una carica e una scarica eccessive della batteria ne riducono la vita utile. Il regolatore di carica della batteria solare sospende automaticamente l'accumulo di energia nella batteria quando ha raggiunto i suoi parametri massimi e spegne il carico del dispositivo quando è fortemente scarica.

(Tesla Powerwall - una batteria per pannelli solari da 7 kW - e ricarica domestica per veicoli elettrici)

L'inverter di rete per pannelli solari è l'elemento di design più importante. Converte l'energia ricevuta dai raggi solari in corrente alternata di varie capacità.Essendo un convertitore sincrono, combina la tensione di uscita della corrente elettrica in frequenza e fase con una rete stazionaria.

Le fotocellule possono essere collegate sia in serie che in parallelo. Quest'ultima opzione aumenta i parametri di potenza, tensione e corrente e consente al dispositivo di funzionare anche se un elemento perde funzionalità. I modelli combinati sono realizzati utilizzando entrambi gli schemi. La vita utile delle piastre è di circa 25 anni.

La scelta dei pannelli solari per una casa privata

Prima di acquistare i pannelli solari per una casa privata, scopri:

• Consumo giornaliero di energia elettrica in camera;
• Un luogo per l'installazione dei pannelli (diretto a sud, mentre non dovrebbero esserci ombre su di essi e dovrebbe essere impostato l'angolo di inclinazione appropriato);
• Le batterie sono poste in una stanza calda a questa temperatura fino a 25 gradi Celsius;
• Tenere conto dei picchi di carico degli elettrodomestici;
• Utilizzo stagionale o permanente del sistema.

Per le regioni con un'elevata attività luminosa, le batterie monocristalline sono le più adatte. Per una residenza estiva o un appezzamento personale, se è previsto un uso stagionale, i modelli policristallini micromorfi sono i più adatti. Sono relativamente economici, percepiscono bene la luce laterale diffusa e funzionano ad angolo con tempo nuvoloso.

Esempio di calcolo

L'area suburbana consuma 3-6 kWh di energia elettrica, ma questa cifra può essere maggiore quando si utilizzano un gran numero di elettrodomestici o illuminazione aggiuntiva in casa. Un cottage a tre piani consuma dai 20 ai 50 kWh e anche di più. Sulla base delle informazioni fornite, faremo un calcolo.

L'intensità energetica del cottage è di 7 kW (comprese le perdite). Se la casa si trova a sud, dove c'è abbastanza luce solare per l'approvvigionamento energetico, saranno necessarie circa 20 batterie. La potenza di lavoro di un pannello è di 400 watt. Questa quantità è sufficiente per fornire energia a un'area suburbana dove vive stabilmente una famiglia di 4-6 persone.

Installazione

Quando acquisti prodotti di una determinata azienda, ottieni schemi elettrici e istruzioni dettagliati e puoi installare gruppi di continuità e pannelli solari con le tue mani. Ma se non vuoi occuparti dell'installazione e della configurazione dei sistemi o non l'hai mai fatto prima, affida questo lavoro a dei professionisti.

Gli specialisti si recano sul sito ed eseguono l'installazione e la messa in servizio delle apparecchiature in breve tempo. In media, l'installazione di una centrale solare richiede da uno a quattro giorni, a seconda della complessità del sistema, e un gruppo di continuità viene installato entro uno o due giorni.

L'installazione dei moduli solari avviene secondo uno schema pre-approvato, e di tutti i componenti dell'impianto; batterie, regolatori di carica e convertitori sono installati in un luogo comodo e accessibile per te. La centrale è di facile manutenzione. I pannelli solari hanno una superficie liscia da vetro speciale, che non consente l'accumulo di neve e polvere. Le batterie utilizzate per i sistemi solari sono esenti da manutenzione e hanno una durata fino a 10 anni.

Consigli

Gli esperti danno diversi consigli su come posare e collegare correttamente i pannelli solari.

Molto spesso, i prodotti che utilizzano fonti di energia alternative sono montati sul tetto o sulle pareti dell'edilizia abitativa, meno spesso utilizzano speciali supporti affidabili.

In ogni caso vanno completamente esclusi eventuali blackout, ovvero le batterie devono essere orientate in modo tale da non cadere all'ombra di alberi ad alto fusto e di edifici limitrofi.
L'installazione di una serie di piastre viene eseguita in file, la loro disposizione è parallela, in relazione a ciò è estremamente importante assicurarsi che le file più alte non gettino ombra su quelle sottostanti. Questa esigenza è molto importante, poiché l'ombreggiamento completo o parziale provoca una riduzione e persino la completa cessazione di qualsiasi produzione di energia, inoltre può verificarsi l'effetto della formazione di "correnti inverse", che spesso causano guasti alle apparecchiature.

Il corretto orientamento alla luce solare è fondamentale per l'efficienza e l'efficacia dei pannelli.

È molto importante che la superficie riceva tutti i possibili raggi UV. L'orientamento corretto viene calcolato sulla base dei dati sulla posizione geografica dell'edificio

Ad esempio, se i pannelli sono montati sul lato nord dell'edificio, i pannelli devono essere orientati a sud.
Altrettanto importante è l'angolo di inclinazione complessivo della struttura, determinato anche dall'orientamento geografico della struttura.Gli esperti hanno calcolato che questo indicatore dovrebbe corrispondere alla latitudine della posizione della casa e poiché il sole, a seconda del periodo dell'anno, cambia più volte la sua posizione sopra l'orizzonte, ha senso considerare la possibilità di regolare l'angolo di installazione finale della batterie. Di solito la correzione non supera i 12 gradi.

• Le batterie devono essere disposte in modo tale da consentire il libero accesso ad esse, poiché nel freddo inverno sarà necessario pulirle periodicamente dall'attacco della neve e, nella stagione calda, dalle macchie di pioggia, che riducono notevolmente l'efficienza di utilizzare le batterie.
• Ad oggi sono in vendita molti modelli cinesi ed europei di pannelli solari, che differiscono per il costo, quindi ognuno può installare il modello ottimale per il proprio budget.

In conclusione, va notato che il nostro pianeta trarrà il massimo beneficio dall'uso dei pannelli solari, poiché questa fonte di energia non causa assolutamente alcun danno all'ambiente. Se tu, come consumatore, hai a cuore il futuro della nostra Terra, il potenziale delle sue risorse territoriali e la conservazione delle risorse naturali, allora i pannelli solari sono la scelta migliore.

Come installare una batteria solare sul tetto della casa, guarda il seguente video.

Conclusione sull'argomento

Un approccio professionale all'installazione di una centrale solare ti consentirà di prendere in considerazione tutti i fattori, le sfumature ed evitare fastidiosi errori.

Regole generali per l'installazione dei pannelli solari

Quando si installano i pannelli solari, è necessario tenere conto di 5 fattori, la cui combinazione determina in definitiva il luogo e il metodo di installazione:

1. Dissipazione di calore
2. Ombra
3. Orientamento
4. Inclina
5. Disponibilità al servizio

Come accennato in precedenza, la dissipazione del calore gioca un ruolo importante nel mantenimento delle prestazioni delle batterie. È indispensabile lasciare uno spazio di ventilazione tra il pannello e il piano di installazione e più grande è, meglio è. Di solito, quando si monta un telaio o un telaio per il montaggio di moduli tra il pannello e il piano, rimangono 5-10 centimetri. La massima ventilazione è assicurata quando montato su un telaio o un'asta separati.

Qualsiasi ombra che cade sulla batteria da alberi o edifici "spegne" la cella ombreggiata, che accelera il degrado dei costosi moduli monocristallini e interrompe completamente la generazione di energia in quelli policristallini. I produttori offrono vari modi per ridurre al minimo il rischio di un "punto caldo" dovuto all'interruzione del circuito elettrico, che deve essere considerato al momento dell'acquisto. Ma è meglio installare la batteria in modo tale che l'ombra "dura" non possa cadere su di essa in alcun modo. Un'ombra "morbida" dovuta a nebbia, nuvole o smog non danneggia la batteria, riduce solo la potenza erogata.

Devi orientare la batteria a sud, quindi l'insolazione sarà massima. Tutti gli altri metodi di installazione sono compromessi ed è meglio non considerarli. Sarebbe irragionevole spendere decine di migliaia di rubli per l'acquisto di moduli, ma sarebbe irragionevole orientare la batteria non verso il sole. Le mappe di insolazione per varie regioni della Federazione Russa sono pubblicate su Internet e sono pubblicamente disponibili. La striscia centrale della Russia si trova principalmente nella 2a zona di insolazione, dove da 1 mq. metri di un modulo solare ideale correttamente installato possono produrre fino a 3 kWh / giorno.

La disponibilità di una batteria per la pulizia rapida della superficie consente di eseguire questa semplice operazione senza l'intervento di specialisti.In inverno, la superficie deve essere liberata dalla neve, in estate da polvere e sporco causati dal vento e dalla pioggia. Se c'è un oggetto in costruzione nelle vicinanze, la superficie dei moduli dovrà essere pulita quotidianamente. Il modo più semplice per farlo è con un getto d'acqua da un tubo o qualsiasi spazzola per la pulizia dei vetri.

Come ottenere la massima efficienza

Quando acquisti pannelli solari per la tua casa, è molto importante scegliere un design che possa fornire alla tua casa una potenza sufficiente. Si ritiene che l'efficienza dei pannelli solari con tempo nuvoloso sia di circa 40 W per 1 metro quadrato all'ora.

Infatti, con tempo nuvoloso, la potenza luminosa a livello del suolo è di circa 200 watt per metro quadrato, ma il 40% della luce solare è costituita da radiazione infrarossa, alla quale i pannelli solari non sono suscettibili. Vale anche la pena considerare che l'efficienza della batteria raramente supera il 25%.

A volte l'energia della luce solare intensa può raggiungere i 500 W per metro quadrato, ma i calcoli dovrebbero tenere conto delle cifre minime, che renderanno ininterrotto il sistema di alimentazione autonomo.

Ogni giorno il sole splende per una media di 9 ore, se prendiamo la media annuale. In un giorno, un metro quadrato della superficie del convertitore è in grado di generare 1 kilowatt di elettricità. Se i residenti della casa consumano circa 20 kilowatt di elettricità al giorno, la superficie minima dei pannelli solari dovrebbe essere di circa 40 metri quadrati.

Tuttavia, un tale indicatore del consumo di elettricità in pratica è raro. Di norma, gli inquilini utilizzeranno fino a 10 kW al giorno.

Se parliamo del funzionamento dei pannelli solari in inverno, allora vale la pena ricordare che in questo periodo dell'anno la durata delle ore diurne è notevolmente ridotta, ma se si fornisce al sistema batterie potenti, l'energia ricevuta al giorno dovrebbe essere sufficiente, tenendo conto della presenza di una batteria tampone.

Quando si sceglie una batteria solare, è molto importante prestare attenzione alla capacità delle batterie. Se hai bisogno di pannelli solari che funzionino di notte, la capacità della batteria di backup gioca un ruolo fondamentale. Inoltre, il dispositivo deve essere resistente alle ricariche frequenti.

Inoltre, il dispositivo deve essere resistente alle ricariche frequenti.

Nonostante il costo di installazione dei pannelli solari possa superare 1 milione di rubli, i costi si ripagheranno entro pochi anni, poiché l'energia solare è assolutamente gratuita.

Come funziona una batteria solare

Tutti gli esseri viventi sulla terra sono sorti grazie all'energia del sole. Ogni secondo, un'enorme quantità di energia arriva sulla superficie del pianeta sotto forma di radiazione solare. Mentre stiamo bruciando migliaia di tonnellate di carbone e prodotti petroliferi per riscaldare le nostre case, i paesi più vicini all'equatore stanno languindo nel caldo. Usare l'energia del sole per i bisogni umani è un compito degno per le menti curiose. In questo articolo considereremo la progettazione di un convertitore diretto di luce solare in energia elettrica: una cella solare.

Il sottile wafer è costituito da due strati di silicio con diverse proprietà fisiche. Lo strato interno è puro silicio monocristallino con conducibilità del foro. All'esterno è ricoperto da un sottilissimo strato di silicio "contaminato", ad esempio con una miscela di fosforo. Un solido contatto in metallo viene applicato sul lato posteriore della piastra.Al confine degli strati n e p, a seguito dell'overflow di cariche, si formano zone esaurite con una carica volumetrica positiva non compensata nell'n-carica negativa di strato e volume nello strato p. Queste zone insieme formano una giunzione p-n.

La potenziale barriera che si forma alla giunzione impedisce il passaggio dei principali portatori di carica, ovvero elettroni dal lato dello strato p, ma passano liberamente portatori minori in direzioni opposte. Questa proprietà delle giunzioni p-n determina la possibilità di ottenere foto-emf quando si irradiano le celle solari con la luce solare. Quando la SC è illuminata, i fotoni assorbiti generano coppie elettrone-lacuna di non equilibrio. Gli elettroni generati nello strato p vicino alla giunzione p-n si avvicinano alla giunzione p-n e vengono trasportati nella regione n dal campo elettrico esistente in essa.

Allo stesso modo, i fori in eccesso creati nello strato n vengono parzialmente trasferiti allo strato p. Di conseguenza, lo strato n acquisisce una carica negativa aggiuntiva e lo strato p ne acquisisce una positiva. La differenza di potenziale di contatto iniziale tra gli strati p e n del semiconduttore diminuisce e nel circuito esterno appare una tensione. Il polo negativo della sorgente di corrente corrisponde allo strato n e lo strato p al positivo.

La maggior parte delle moderne celle solari ha una singola giunzione p-n. In un tale elemento, i portatori di carica liberi sono creati solo da quei fotoni la cui energia è maggiore o uguale al gap di banda. In altre parole, la risposta fotoelettrica di una singola cella di giunzione è limitata alla parte dello spettro solare la cui energia è superiore al band gap e non vengono utilizzati fotoni di energia inferiore. Questa limitazione può essere superata da strutture multistrato di due o più SC con diversi band gap.Tali elementi sono chiamati multigiunzione, cascata o tandem. Poiché funzionano con una porzione molto più ampia dello spettro solare, hanno una maggiore efficienza di conversione fotovoltaica. In una tipica cella solare multigiunzione, le singole fotocellule sono disposte una dietro l'altra in modo che la luce solare colpisca per prima la cella con il gap di banda più grande, mentre i fotoni con l'energia più alta vengono assorbiti.

Le batterie non funzionano alla luce del sole, ma in linea di principio alla luce del sole. La radiazione elettromagnetica raggiunge la terra in qualsiasi momento dell'anno. Solo con tempo nuvoloso, viene prodotta meno energia. Ad esempio, abbiamo installato luci autonome a energia solare. Naturalmente, ci sono brevi periodi in cui le batterie non hanno il tempo di caricarsi completamente. Ma in generale, questo non accade così spesso durante l'inverno.

È interessante notare che, anche se la neve cade sul pannello solare, continua comunque a convertire l'energia solare. E a causa del riscaldamento delle fotocellule, la neve stessa si scioglie. Il principio è lo stesso del riscaldamento del vetro di un'auto.

Perfetto clima invernale per una gelida giornata senza nuvole con batteria solare. A volte in questi giorni possono essere organizzati anche record di generazione.

In inverno, l'efficienza del pannello solare diminuisce. A Mosca e nella regione di Mosca, produce in media 8 volte meno elettricità al mese. Diciamo che in estate per il funzionamento di frigorifero, computer e illuminazione a soffitto in casa è necessario 1 kW di energia, quindi in inverno è meglio fare scorta di 2 kW per affidabilità.

Allo stesso tempo, in Estremo Oriente, la durata del sole è più lunga, l'efficienza è ridotta solo da una volta e mezza a due volte. E, naturalmente, più a sud, minore è la differenza tra inverno ed estate.

Anche l'angolo di inclinazione dei moduli è importante. È possibile impostare l'angolo universale per l'intero anno. E puoi cambiare ogni volta, a seconda della stagione. Questo non viene fatto dai proprietari della casa, ma da specialisti che visitano il sito.

Opzioni di collegamento solare

I pannelli solari sono costituiti da più pannelli singoli. Per aumentare i parametri di uscita del sistema sotto forma di potenza, tensione e corrente, gli elementi sono collegati tra loro, applicando le leggi della fisica.

Il collegamento di più pannelli tra loro può essere eseguito utilizzando uno dei tre schemi di montaggio dei pannelli solari:

• parallelo;
• coerente;
• misto.

Il circuito in parallelo prevede il collegamento tra loro di terminali con lo stesso nome, in cui gli elementi hanno due nodi comuni di convergenza dei conduttori e la loro ramificazione.

Con un circuito in parallelo, i vantaggi sono collegati ai vantaggi e i meno ai meno, a seguito dei quali la corrente di uscita aumenta e la tensione di uscita rimane entro 12 volt

Il valore della massima corrente di uscita possibile in un circuito in parallelo è direttamente proporzionale al numero di elementi collegati. I principi per il calcolo della quantità sono riportati nell'articolo che consigliamo.

Il circuito seriale prevede il collegamento di poli opposti: il "più" del primo pannello al "meno" del secondo. Il "più" rimanente inutilizzato del secondo pannello e il "meno" della prima batteria sono collegati al controller situato più avanti lungo il circuito.

Questo tipo di connessione crea le condizioni per il flusso di corrente elettrica, in cui esiste un solo modo per trasferire il vettore energetico dalla sorgente al consumatore.

Con una connessione seriale, la tensione di uscita aumenta e raggiunge i 24 volt, sufficienti per alimentare apparecchiature portatili, lampade a LED e alcuni ricevitori elettrici

Un circuito serie-parallelo o misto viene spesso utilizzato quando è necessario collegare più gruppi di batterie. Applicando questo circuito, sia la tensione che la corrente possono essere aumentate in uscita.

Con uno schema di collegamento serie-parallelo, la tensione di uscita raggiunge un segno, le cui caratteristiche sono più adatte per risolvere la maggior parte dei compiti domestici

Questa opzione è anche vantaggiosa nel senso che in caso di guasto di uno degli elementi strutturali del sistema, altre catene di collegamento continuano a funzionare. Ciò aumenta notevolmente l'affidabilità dell'intero sistema.

Galleria di immagini

Foto da

Collegamento delle celle solari

Numero di pannelli a seconda delle esigenze

Collegamento seriale di apparecchi solari

Collegamento diretto a corpi illuminanti

Il principio di assemblaggio di un circuito combinato si basa sul fatto che i dispositivi all'interno di ciascun gruppo sono collegati in parallelo. E la connessione di tutti i gruppi in un circuito viene eseguita in sequenza.

Combinando diversi tipi di connessioni, non sarà difficile assemblare una batteria con i parametri necessari.La cosa principale è che il numero di celle collegate dovrebbe essere tale che la tensione di funzionamento fornita alle batterie, tenendo conto della sua caduta nel circuito di carica, superi la tensione delle batterie stesse e la corrente di carico della batteria allo stesso tempo fornisce la quantità richiesta di corrente di carica.