A szabad napsugarak hatékony átalakítása energiává, amelyet fel lehet használni a házak és más létesítmények táplálására, sok zöldalkalmazó áhított álma.
A napkollektor működésének alapelve és hatékonysága azonban olyan, hogy nem kell beszélni az ilyen rendszerek magas hatékonyságáról. Nagyon jó lenne, ha saját kiegészítő áramforrással is rendelkezik. Nem? Sőt, még ma is Oroszországban a napelemek segítségével jelentős számú háztartást kapnak sikeresen „ingyenes” árammal. Még mindig nem tudja hol kezdje?
Az alábbiakban elmondjuk az eszközről és a napelemek alapelveiről, megtudhatja, miben függ a napenergia rendszer hatékonysága. És a cikkben közzétett videók segítik a napelem személyes összeállítását a fotoelemekből.
Napelemek: terminológia
A "napenergia" témájában rengeteg árnyalattal és zavart találunk. A kezdőknek gyakran nehéz először megérteni az összes ismeretlen kifejezést. Ennek nélkül ésszerűtlen a napenergiában való részvétel, a „napenergia” előállításához szükséges berendezések beszerzése.
Tudatlanul nemcsak a rossz panelt választhatja meg, hanem csatlakoztatva is elégetheti, vagy túl kevés energiát vehet ki belőle.
Képgaléria
Fotó a
Napelemekből történő telepítés lehetővé teszi a napfény szabad, sőt, kimeríthetetlen energiájának ésszerű felhasználását
A napelemekből összeszerelt miniatűr erőművek energiát szolgáltatnak a nem elektromos tárgyakhoz és házakhoz, amelyek olyan régiókban helyezkednek el, amelyek megszakítják az energiaellátást
Az ultraibolya sugárzást villamosává feldolgozó létesítmények minimális helyet foglalnak el. a házak, melléképületek, garázsok, pavilonok, verandák tetején helyezkednek el. Ritkábban nyílt területeken helyezkednek el, amelyeket épületek és ültetvények nem foglalnak el.
A napelemek nélkülözhetetlen felszerelés az utazás szerelmeseinek. Ez energiát biztosít az energiaforrásoktól távol
A napenergia felhasználása lehetőséget kínál a nyaralók és a vidéki házak fenntartásának költségeinek jelentős csökkentésére. költséghatékony rendszert saját kezűleg, nehézség nélkül összeállíthat és telepíthet
A hajó hátsó részén, a hajó fedélzetén vagy a hajó íján elhelyezett napelemek elektromos energiát szolgáltatnak, amelynek köszönhetően stabil kapcsolat tartható fenn a parttal
A hordozható napelemes elemmel kiküszöböli a szélsőséges helyzeteket a településektől távol, garantálja a mobil eszközök töltését szeretteivel való kommunikációhoz
Kifejezetten túrázáshoz tervezett könnyű, kompakt, napkollektoros töltők energiát biztosítanak a telefonokhoz, rádiótelefonokhoz, táblagépekhez és a média-technológiához
A természeti erőforrások ésszerű felhasználása
Energiaellátás nem villamosított létesítményekhez
Napelemek felszerelése a tetőn
Kemping mobil napelem
Független telepítés a külvárosban
Áramfejlesztő hajókirándulások során
Hordozható napelem elemmel
Minimális helytakarékos eszköz
Először meg kell értenie a napenergia-berendezések meglévő típusait. A napelemek és a napkollektorok két alapvetően különféle eszköz. Mindkettő átalakítja a nap sugarai energiáját.
Az első esetben azonban a fogyasztó elektromos energiát kap a kimeneten, második esetben pedig a hőenergiát fűtött hűtőfolyadék formájában, azaz A napelemeket egy ház fűtésére használják.
A napelem maximális megtérülését csak annak megismerésével lehet megtudni, hogyan működik, milyen alkatrészekből és alkotóelemekből áll, és hogyan működik megfelelően.
A második árnyalat maga a „napelem” fogalma. Általában az "akkumulátor" szó valamilyen energiatároló eszközre utal. Vagy eszébe jut egy banális fűtőtest. Napelemek esetében azonban a helyzet radikálisan eltérő. Semmit sem halmoznak fel magukban.
A napelem állandó elektromos áramot generál. Ha átalakítja egy változóvá (a mindennapi életben használt), egy inverternek jelen kell lennie az áramkörben
A napelemeket kizárólag az elektromos áram generálására tervezték. Ez viszont felhalmozódik, hogy éjjel, amikor a nap lenyugszik a láthatáron, árammal látja el a házat a villamos energiával, már az objektum tápellátási rendszerén kívül az akkumulátorokban is.
Az akkumulátort itt az azonos típusú alkatrészek egységes egészként összeállított bizonyos kombinációjának összefüggésében értjük. Valójában ez csak egy elem, amely több azonos fényelemet tartalmaz.
A napelemek belső felépítése
A napelemek fokozatosan olcsóbbak és hatékonyabbak. Most az utcai lámpákban, okostelefonokban, elektromos autókban, magánlakásokban és az űrben lévő műholdakban töltik az elemeket. Ezek közül még teljes erejű napenergia-erőműveket (SES) kezdtek építeni, nagy mennyiségű termeléssel.
A napelem sok fotocellából (fotovoltaikus elemek fotovoltaikus átalakítóiból) áll, amelyek a napból származó fotonok energiáját villamos energiává alakítják
Mindegyik napelem akkumulátor egy sor olyan modul blokkjaként van elrendezve, amelyek sorba kötött félvezető fotocellákat kombinálnak. Az ilyen akkumulátor működési elveinek megértéséhez meg kell érteni ennek a végső kapcsolatnak a működését a félvezetők alapján létrehozott napelemes eszközben.
A fotocellák kristályainak típusai
Sokféle lehetőség van a különböző kémiai elemekből származó napelemekre. Legtöbbjük azonban a fejlesztés a kezdeti szakaszban. Eddig csak szilícium alapú napelem paneleket gyártanak ipari méretekben.
A szilícium félvezetőket alacsony költségeik miatt használják a napelemek gyártására; nem büszkélkedhetnek különösen magas hatékonysággal
A napelemben egy általános napelem egy vékony lemez, amely két szilíciumrétegből áll, amelyek mindegyikének megvan a saját fizikai tulajdonságai. Ez egy klasszikus félvezető pn csatlakozás, elektron-lyuk párokkal.
Amikor a fotonok bejutnak a PEC-be a félvezető ezen rétegei között a kristály inhomogenitása miatt, kapu foto-emf képződik, amely potenciálkülönbséget és elektronáramot eredményez.
A napelemek szilícium ostya gyártási technológiája az alábbiak szerint különbözik:
- Monokristályos.
- Polikristályos.
Az előbbek nagyobb hatékonysággal rendelkeznek, de előállításuk költségei magasabbak, mint az utóbbiak költségei. Külsőleg a napelemen az egyik lehetőség a forma szerint megkülönböztethető.
Képgaléria
Fotó a
Helio-erőmű külvárosi területen
Monokristályos napelemek
Napelemek megjelenése egyes kristályokon
Monokristályos napelem
A telepítésre kész napelemek szállítása
Polikristályos napelem
Polikristályos napelem-elem
DIY napelemek gyártása
Az egykristályos PEC homogén felépítésű, vágott sarkokkal ellátott négyzet alakjában készülnek. Ezzel szemben a polikristályos elemek szigorúan négyzet alakúak.
A polikristályokat az olvadt szilícium fokozatos hűtésével állítják elő. Ez a módszer rendkívül egyszerű, ezért az ilyen fotocellák olcsók.
A napfényből történő villamosenergia-termelés terén a termelékenység ritkán haladja meg a 15% -ot. Ennek oka a kapott szilícium ostya „szennyeződése” és belső szerkezete. Minél tisztább a szilícium p-rétege, annál nagyobb a belőle származó PEC hatékonysága.
Az egyes kristályok tisztasága ebben a tekintetben sokkal nagyobb, mint a polikristályos analógoké. Nem olvadtból készülnek, hanem egy mesterségesen megnövelt teljes szilíciumkristályból. Az ilyen napelemek fotovoltaikus konverziós együtthatója már eléri a 20–22% -ot.
Egy közös modulban az egyes fotocellákat egy alumínium keretre helyezik, és a fentről való megvédés érdekében tartós üveggel zárják le őket, amelyek egyáltalán nem zavarják a nap sugarait.
A napelemlemez felső, a nap felé néző felső rétege ugyanabból a szilíciumból készül, de foszfor hozzáadásával. Ez utóbbi lesz a többlet elektronok forrása a pn csatlakozási rendszerben.
Az amorf fotovoltaikus szilíciummal ellátott rugalmas panelek fejlesztése valódi áttörésévé vált a napenergia felhasználásának területén:
Képgaléria
Fotó a
Rugalmas napelemes opció
Rugalmas fotocella matrica a redőnyökön
Rugalmas mobiltelefon-töltő
Ellenáll a mechanikai igénybevételnek
A napelem működésének elve
Amikor a napfény egy fotocellára esik, abban nem egyensúlyi elektron-lyukpárok képződnek. A többlet elektronok és a "lyukak" részben átkerülnek a pn csatlakozáson az egyik félvezető rétegből a másikba.
Ennek eredményeként feszültség jelenik meg a külső áramkörben. Ebben az esetben az áramforrás pozitív pólusa alakul ki a p-réteg érintkezésén, és negatív pólus az n-rétegnél.
A fotocella érintkezői közötti potenciális különbség (feszültség) a p-n csomópont különböző oldalain lévő „lyukak” és az elektronok számának megváltozása miatt, az n-réteg napsugarakkal történő besugárzása eredményeként alakul ki.
A külső teherhez akkumulátorként csatlakoztatott fotocellák ördögi kört képeznek. Ennek eredményeként a napelem úgy működik, mint egyfajta kerék, amelyen az elektronok „futnak” a fehérjék mentén. És az újratölthető akkumulátor fokozatosan töltődik.
A szokásos szilícium fotovoltaikus elemek egyetlen csomópontú cellák. Az elektronok átvitele rájuk csak egy p-n csomóponton keresztül történik, amelynek átmeneti zónája a fotonenergiában korlátozott.
Vagyis mindegyik fotocella csak a szűk napsugárzás spektrumából képes villamos energiát termelni. Minden más energia pazarlás. Ezért a napelemek hatékonysága olyan alacsony.
A napelemek hatékonyságának növelése érdekében a szilícium félvezető elemeket a közelmúltban többcsatlakozású (kaszkád) alakítják. Az új FEP-ben már több átmenet van. Sőt, mindegyiket ebben a kaszkádban saját napfény-spektrumukra tervezték.
Az ilyen fotocellákban a fotonok elektromos árammá történő konvertálásának teljes hatékonysága végül növekszik. De az ára sokkal magasabb. Itt vagy a gyártás egyszerűsége alacsony költségekkel és alacsony hatékonysággal, vagy a magasabb hozam magas költségekkel együtt.
A napelemes akkumulátor nyáron és télen egyaránt képes működni (fényre van szüksége, nem pedig hőre) - minél kevésbé zavaros és a nap világosabb, annál inkább a napelem generál elektromos áramot
Működés közben a fotocella és az egész elem fokozatosan felmelegszik. Az összes energiát, amely nem került az elektromos áram előállítására, hővessé alakítják. A heliopanel felületén a hőmérséklet gyakran 50–55 ° C-ra emelkedik. De minél magasabb, annál kevésbé hatékony a fotoelektromos elem.
Ennek eredményeként ugyanaz a napelemes modell kevesebb áramot generál a hőben, mint hideg időben. A fotocellák maximális hatékonyságot mutatnak tiszta téli napon. Két tényező befolyásolja ezt - sok nap és a természetes hűtés.
Sőt, ha hó esik a táblára, az egyébként továbbra is villamos energiát termel. Ráadásul a hópelyheknek még nincs idejük lefeküdni rá, és megolvadtak a hevített fotocellák hőjéből.
Napelemes akkumulátor hatékonysága
Egy fénycella még délben is tiszta időben elegendő mennyiségű áramot bocsát ki, csak annyira, hogy a LED-es zseblámpa működjön.
A kimeneti teljesítmény növelése érdekében több napelemet kombinálnak párhuzamos áramkörben az egyenáram feszültségének növelése érdekében, és sorozatban az áramszilárdság növelése érdekében.
A napelemek hatékonysága a következőktől függ:
- a levegő hőmérséklete és maga az elem;
- a terhelési ellenállás helyes kiválasztása;
- a napfény beesési szöge;
- tükröződésmentes bevonat jelenléte / hiánya;
- a fényáram ereje.
Minél alacsonyabb a külső hőmérséklet, annál hatékonyabbak a fotocellák és a napelem. Itt minden egyszerű. A terhelés kiszámításával azonban a helyzet bonyolultabb. A panel által generált áram alapján kell kiválasztani. Értéke azonban az időjárási tényezőktől függ.
A Helio paneleket 12 V kimeneti feszültséggel gyártják - ha az akkumulátorhoz 24 V szükséges, akkor két panelt párhuzamosan kell csatlakoztatni
Problémát jelent a folyamatos napelem elem paramétereinek monitorozása és manuális beállítása. Ehhez jobb egy vezérlővezérlő használata, amely automatikusan beállítja magának a napelemnek a beállításait annak érdekében, hogy a maximális teljesítmény és az optimális üzemmód elérhető legyen.
A napsugarak ideális beesési szöge egyenes. Ha azonban az eltérés 30 ° -on belül esik a merőleges irányától, a panel hatékonysága csak 5% körül esik. Ennek a szögnek a további növekedésével azonban a napsugárzás egyre nagyobb része tükröződik, ezáltal csökkentve a napelemek hatékonyságát.
Ha az akkumulátornak nyáron maximális energiát kell szolgáltatnia, akkor merőlegesen kell irányulnia a Nap átlagos helyzetéhez, amelyet tavasz és őszi napéjegyenlőség napjain foglal el.
A moszkvai régió esetében körülbelül 40–45 fok van a láthatáron. Ha télen a maximálisra van szükség, akkor a panelt függőleges helyzetbe kell helyezni.
És még egy dolog - a por és a szennyeződés jelentősen csökkenti a napelemek teljesítményét. A fotonok egy ilyen "piszkos" gáton keresztül egyszerűen nem érik el őket, ami azt jelenti, hogy nincs semmi, ami villamos energiává alakul. A paneleket rendszeresen le kell mosni, vagy úgy kell elhelyezni, hogy az eső önmagában lemossa a port.
Néhány napelemen beépített lencsék vannak, amelyek a napelemekre koncentrálják a sugárzást. Tiszta időben ez fokozott hatékonyságot eredményez. Nehéz felhőtakaróval azonban ezek a lencsék csak ártanak.
Ha egy hagyományos panel ebben a helyzetben továbbra is áramot generál, bár kisebb volumenekben, akkor az objektívmodell szinte teljesen leáll.
Ideális esetben a napelemes akkumulátorból származó napot egyenletesen kell megvilágítani. Ha az egyik szakasz sötétnek bizonyul, akkor a meg nem világított PEC parazita terhelésré válik. Ebben a helyzetben nem csak nem termelnek energiát, hanem a munkaelemektől is veszik.
A paneleket úgy kell felszerelni, hogy ne legyenek fák, épületek vagy egyéb akadályok a nap sugarai mentén.
A ház áramellátása a naptól
A napenergia rendszer tartalmazza:
- Napelemek.
- Vezérlő.
- Elemek
- Inverter (transzformátor).
Ebben az áramkörben található vezérlő védi a napelemeket és az akkumulátorokat is. Egyrészt megakadályozza a fordított áramlások éjszaka és felhős időben történő áramlását, másrészt védi az akkumulátorokat a túlzott feltöltődéstől / kisütéstől.
A napelemek akkumulátorait életkorukban és kapacitásukban azonosnak kell választani, különben a töltés / kisütés egyenetlenül történik, ami élettartama éles csökkenéséhez vezet
A 12, 24 vagy 48 voltos egyenáram váltakozó 220 voltosvá történő átalakításához inverterre van szükség.Az autóakkumulátorokat nem ajánlott ilyen áramkörökben használni, mert képtelenek ellenállni a gyakori újratöltésnek. A legjobb pénzt költeni és speciális hélium AGM vagy zselé OPzS akkumulátorokat vásárolni.
A napelemek működési elvei és csatlakoztatási diagramja nem túl bonyolult a megértéshez. Az alábbiakban összegyűjtött videóanyagokkal még könnyebb megérteni a napelemek működésének és telepítésének minden bonyolult részét.
Minden részletben elérhető és érthető, hogyan működik a fotovoltaikus napenergia akkumulátor:
A napelemek elrendezése, lásd a következő videót:
Napelem DIY szerelése fotocellákból:
A ház napenergia-rendszerének minden elemét megfelelően ki kell választani. Az akkumulátorok, a transzformátorok és a vezérlő elkerülhetetlen energiaveszteséget okoznak. És ezeket minimálisra kell csökkenteni, különben a napelemek kellően alacsony hatékonysága általában nullára csökken.
Az anyag tanulmányozása során voltak kérdések? Vagy tud-e értékes információt a cikk témájáról és el tudja mondani olvasóinknak? Kérjük, hagyja meg észrevételeit az alábbi mezőben.