Как са подредени и работят слънчевите панели?

В наши дни почти всеки може да събере и да им бъде на разположение независим слънчев източник на енергия (в научната литература се наричат фотоволтаични панели).

Скъпото оборудване се компенсира във времето от възможността да получават безплатно електричество. Важно е соларните панели да са екологично чист източник на енергия. През последните години цените на фотоволтаичните панели спаднаха десетократно и те продължават да намаляват, което показва големи перспективи за тяхното използване.

В класическа форма такъв източник на електроенергия ще се състои от следните части: директно, слънчева батерия (генератор на постоянен ток), батерия с устройство за контрол на заряда и инвертор, който преобразува постоянен ток в променлив ток.

Слънчевите панели се състоят от комплект слънчеви клетки (фотоволтаични преобразуватели)които директно преобразуват слънчевата енергия в електрическа.

Повечето слънчеви клетки са изработени от силиций, който има доста висока цена. Този факт ще определи високата цена на електрическата енергия, която се получава с помощта на слънчеви панели.

Два вида фотоелектрически преобразуватели са широко разпространени: произведени от монокристален и поликристален силиций. Те се различават по технологията на производство. Първите имат ефективност до 17,5%, а вторите 15%.

Най-важният технически параметър на слънчевата батерия, който има голямо влияние върху ефективността на цялата инсталация, е нейният нетна мощност, Определя се от напрежението и изходния ток. Тези параметри зависят от интензивността на слънчевата светлина, влизаща в батерията.

EMF (електромоторна сила) на отделните слънчеви клетки не зависи от тяхната площ и намалява, когато батерията се нагрява от слънцето, с около 0,4% на 1 g. В. Изходният ток зависи от интензитета на слънчевата радиация и размера на слънчевите клетки. Колкото по-ярка е слънчевата светлина, толкова по-голям е токът, генериран от слънчевите клетки. Зареждането на ток и мощност при облачно време рязко се намалява. Това се дължи на намаляване на токовия изход от батерията.

Ако батерията, осветена от слънцето, е затворена до някакъв товар със съпротивление Rн, тогава във веригата се появява електрически ток I, чиято стойност се определя от качеството на фотоелектрическия преобразувател, интензитета на светлината и съпротивлението на натоварването. Мощността Pn, която се освобождава от товара, се определя от продукта Pn = InнUн, където Un е напрежението в клемите на акумулатора.

Най-голямата мощност се разпределя при натоварването при някакво оптимално съпротивление Ropt, което съответства на най-високия коефициент на ефективност (ефективност) на преобразуването на светлинната енергия в електрическа. Всеки преобразувател има собствена стойност на Ropt, която зависи от качеството, размера на работната повърхност и степента на осветеност.

Слънчева батерия се състои от отделни слънчеви клетки, които са свързани последователно и паралелно с цел увеличаване на изходните параметри (ток, напрежение и мощност). Когато елементите са свързани последователно, изходното напрежение се увеличава, докато паралелно изходният ток се увеличава. За да се увеличи както тока, така и напрежението, тези два метода на свързване се комбинират. В допълнение, при този метод на свързване, отказът на една от слънчевите клетки не води до отказ на цялата верига, т.е. подобрява надеждността на цялата батерия.

По този начин слънчевата батерия се състои от свързани с паралелна серия соларни клетки, Стойността на максималния възможен ток, даден от батерията, е пряко пропорционална на броя на паралелно свързаните и емф- серийно свързани слънчеви клетки. Така че комбинирането на типове връзки сглобява батерията с необходимите параметри.

Слънчевите клетки на акумулатора се променят от диоди. Обикновено има 4 от тях - по един за всяка ¼ част от батерията. Диодите предпазват части от акумулатора от повреда, които по някаква причина потъмняват, тоест ако в даден момент светлината не падне върху тях. В този случай батерията временно генерира 25% по-малко изходна мощност, отколкото при нормална слънчева светлина по цялата повърхност на батерията.

При липса на диоди тези слънчеви клетки ще се прегряват и ще се провалят, тъй като се превръщат в настоящи консуматори за продължителността на затъмняването (батериите се разреждат през соларни клетки), а при използване на диоди те се заобикалят и токът не тече през тях. Диодите трябва да са с ниско съпротивление, за да се намали падането на напрежението върху тях. За тези цели наскоро се използват диоди на Шотки.

Получената електрическа енергия се съхранява в батерии и след това се прехвърля на товара. Батерии - химически източници на ток. Зареждането на батерията възниква, когато към нея се приложи потенциал, който е по-голям от напрежението на батерията.

Броят на слънчевите клетки, свързани последователно и успоредно, трябва да бъде такъв, че работното напрежение, подавано към акумулаторите, като взема предвид спада на напрежението в зареждащата верига, малко надвишава напрежението на акумулатора, а токът на натоварване на акумулатора осигурява необходимата стойност на тока на зареждане.

Например, за да заредите 12 V оловно-кисела батерия, трябва да имате 36-клетъчна слънчева батерия.

При слаба слънчева светлина, зарядът на батерията намалява и батерията отделя електрическа енергия на захранващия приемник, т.е. акумулаторните батерии постоянно работят в режим на разреждане и презареждане.

Този процес се контролира. специален контролер, При циклично зареждане е необходимо постоянно напрежение или постоянен ток на заряд.

При добри условия на осветление батерията бързо зарежда до 90% от номиналния си капацитет, а след това при по-ниска скорост на зареждане до пълния капацитет. Превключването към по-ниска скорост на зареждане се извършва от контролера на зарядното устройство.

Най-ефективното използване на специални батерии е гел (сярна киселина се използва като електролит в акумулатора) и оловни батерии, които са произведени по AGM технология. Тези батерии не изискват специални условия за монтаж и не изискват поддръжка. Паспортният експлоатационен живот на такива батерии е 10-12 години с дълбочина на разреждане не повече от 20%. Батериите никога не трябва да се разреждат под тази стойност, в противен случай експлоатационният им живот ще бъде драстично намален!

Батерията е свързана към слънчевата батерия чрез контролер, който контролира нейното зареждане. Когато батерията се зарежда с пълна мощност, към слънчевата батерия се свързва резистор, който поглъща излишната мощност.

За да преобразувате постоянно напрежение от батерия в променливо напрежение, което може да се използва за захранване на повечето консуматори на енергия заедно със слънчева батерия, можете да използвате специални устройства - инвертори.

Без използването на инвертор, слънчевото напрежение може да се захранва от слънчева батерия, включително различни преносими съоръжения, енергоспестяващи източници на светлина, например същите LED лампи.

Прочетете също по тази тема: Преносими слънчеви зарядни устройства