Comment les panneaux solaires sont-ils disposés et fonctionnent-ils?

De nos jours, presque tout le monde peut collecter et se mettre à sa disposition source d'énergie solaire indépendante (dans la littérature scientifique, ils sont appelés panneaux photovoltaïques).

Un équipement coûteux est compensé au fil du temps par la possibilité de recevoir gratuitement de l'électricité. Il est important que les panneaux solaires soient une source d'énergie respectueuse de l'environnement. Ces dernières années, les prix des panneaux photovoltaïques ont décuplé et continuent de baisser, ce qui laisse entrevoir de grandes perspectives d'utilisation.

Dans une forme classique, une telle source d'énergie électrique comprendra les parties suivantes: directement, une batterie solaire (générateur de courant continu), une batterie avec un dispositif de contrôle de charge et un onduleur qui convertit le courant continu en courant alternatif.

Les panneaux solaires se composent d'un ensemble cellules solaires (convertisseurs photovoltaïques)qui convertissent directement l'énergie solaire en énergie électrique.

La plupart des cellules solaires sont faites de silicium, qui a un coût assez élevé. Ce fait déterminera le coût élevé de l'énergie électrique, qui est obtenue en utilisant des panneaux solaires.

Deux types de convertisseurs photoélectriques sont courants: en silicium monocristallin et en silicium polycristallin. Ils diffèrent par la technologie de production. Les premiers ont une efficacité allant jusqu'à 17,5% et les seconds 15%.

Le paramètre technique le plus important d'une batterie solaire, qui a un impact majeur sur l'efficacité de l'ensemble de l'installation, est son puissance nette. Elle est déterminée par la tension et le courant de sortie. Ces paramètres dépendent de l'intensité de la lumière solaire pénétrant dans la batterie.

E.s. (force électromotrice) des cellules solaires individuelles ne dépend pas de leur surface et diminue lorsque la batterie est chauffée par le soleil, d'environ 0,4% pour 1 g. C. Le courant de sortie dépend de l'intensité du rayonnement solaire et de la taille des cellules solaires. Plus la lumière du soleil est vive, plus le courant généré par les cellules solaires est important. Le courant de charge et la puissance de sortie par temps nuageux sont fortement réduits. Cela est dû à une diminution de la sortie de courant par la batterie.

Si la batterie éclairée par le soleil est fermée à une certaine charge avec la résistance Rн, alors un courant électrique I apparaît dans le circuit, dont la valeur est déterminée par la qualité du convertisseur photoélectrique, l'intensité lumineuse et la résistance à la charge. La puissance Pн, qui est libérée dans la charge, est déterminée par le produit Pн = InнUн, où Un est la tension aux bornes de la batterie.

La plus grande puissance est allouée dans la charge à une résistance optimale Ropt, ce qui correspond au coefficient d'efficacité (efficacité) le plus élevé de conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique. Chaque convertisseur a sa propre valeur Ropt, qui dépend de la qualité, de la taille de la surface de travail et du degré d'éclairage.

Batterie solaire se compose de cellules solaires individuelles qui sont connectées en série et en parallèle afin d'augmenter les paramètres de sortie (courant, tension et puissance). Lorsque les éléments sont connectés en série, la tension de sortie augmente, tandis qu'en parallèle, le courant de sortie augmente. Afin d'augmenter à la fois le courant et la tension, ces deux méthodes de connexion sont combinées. De plus, avec cette méthode de connexion, la défaillance de l'une des cellules solaires n'entraîne pas la défaillance de toute la chaîne, c'est-à-dire améliore la fiabilité de l'ensemble de la batterie.

De cette façon la batterie solaire est constituée de cellules solaires connectées en série en parallèle. La valeur du courant maximum possible donné par la batterie est directement proportionnelle au nombre de connectés en parallèle, et la fem- cellules solaires connectées en série. Ainsi, la combinaison des types de connexion assemble la batterie avec les paramètres requis.

Les cellules solaires de la batterie sont shuntées par des diodes. Habituellement, il y en a 4 - un pour chaque ¼ de la batterie. Les diodes protègent les parties de la batterie contre les pannes qui, pour une raison quelconque, sont assombries, c'est-à-dire si à un moment donné la lumière ne tombe pas sur elles. Dans le même temps, la batterie génère temporairement 25% moins de puissance de sortie que sous la lumière du soleil normale sur toute la surface de la batterie.

En l'absence de diodes, ces cellules solaires surchaufferont et tomberont en panne, car elles se transforment en consommateurs de courant pendant la durée de la gradation (les batteries sont déchargées par les cellules solaires), et lors de l'utilisation de diodes, elles sont contournées et le courant ne les traverse pas. Les diodes doivent être de faible résistance afin de réduire la chute de tension entre elles. À ces fins, des diodes Schottky ont récemment été utilisées.

L'énergie électrique reçue est stockée dans des batteries, puis transférée à la charge. Les piles - sources de courant chimique. La charge de la batterie se produit lorsqu'un potentiel lui est appliqué, qui est supérieur à la tension de la batterie.

Le nombre de cellules solaires connectées en série et en parallèle doit être tel que la tension de fonctionnement fournie aux batteries, en tenant compte de la chute de tension dans le circuit de charge, dépasse légèrement la tension de la batterie, et le courant de charge de la batterie fournit la valeur requise du courant de charge.

Par exemple, pour charger une batterie au plomb de 12 V, vous devez disposer d'une batterie solaire à 36 cellules.

En cas de faible ensoleillement, la charge de la batterie diminue et la batterie dégage de l'énergie électrique vers le récepteur d'alimentation, c'est-à-dire les batteries rechargeables fonctionnent constamment dans le mode de décharge et de recharge.

Ce processus est contrôlé. contrôleur spécial. Avec une charge cyclique, une tension constante ou un courant de charge constant est requis.

Dans de bonnes conditions d'éclairage, la batterie se charge rapidement jusqu'à 90% de sa capacité nominale, puis à une vitesse de charge inférieure à pleine capacité. Le passage à une vitesse de charge inférieure est effectué par le contrôleur du chargeur.

L'utilisation la plus efficace des batteries spéciales est gel (l'acide sulfurique est utilisé comme électrolyte dans la batterie) et les batteries au plomb, qui sont fabriquées à l'aide de la technologie AGM. Ces batteries ne nécessitent pas de conditions d'installation particulières et ne nécessitent aucun entretien. La durée de vie du passeport de ces batteries est de 10 à 12 ans avec une profondeur de décharge ne dépassant pas 20%. Les batteries ne doivent jamais être déchargées en dessous de cette valeur, sinon leur durée de vie sera considérablement réduite!

La batterie est connectée à la batterie solaire via un contrôleur qui contrôle sa charge. Lorsque la batterie est chargée à pleine puissance, une résistance est connectée à la batterie solaire, qui absorbe l'excès de puissance.

Afin de convertir une tension constante d'une batterie en une tension alternative, qui peut être utilisée pour alimenter la plupart des consommateurs d'énergie avec une batterie solaire, vous pouvez utiliser des appareils spéciaux - onduleurs.

Sans l'utilisation d'un onduleur, une tension solaire peut être alimentée par une batterie solaire, y compris divers équipements portables, sources de lumière à économie d'énergie, par exemple, les mêmes lampes LED.

Lisez aussi sur ce sujet: Chargeurs solaires portables