Az utóbbi években egyre népszerűbb az úgynevezett „alternatív energia”. Különös figyelmet fordítanak a napsugárzás használatára. Ez teljesen természetes, mert ha létrehozol egy olyan elemet, amely képes átalakítani a fénysugarakat elektromossággá, akkor ingyenes kimeríthetetlen energiaforráshoz juthatsz. És létrejött egy ilyen elem. Ezt "napelemes fotocellának" vagy "napelemnek" nevezték, és a napelem működését meglehetősen egyszerű kitalálni.

Működési elve

A lényeg az, hogy ne keverjük össze a fotovoltaikát a napkollektorokkal (mindkettőt gyakran "napelemnek" nevezik). Ha a kollektorok működési elve a hűtőfolyadék melegítésén alapul, akkor a fotocellák közvetlenül termelnek áramot. Munkájuk a fotoelektromos effektuson alapul, amely abban áll, hogy a napfény hatására áram keletkezik félvezető anyagokban.

A félvezetőket olyan anyagoknak is nevezik, amelyek atomjai vagy túl sok elektront tartalmaznak (n-típus), vagy fordítva, hiányoznak (p-típusú). És a p-elemek szerkezetének azokat a területeit, ahol az elektronok potenciálisan elhelyezkedhetnek, „lyukaknak” nevezték. Ennek megfelelően egy félvezető alapú fotocella két rétegből áll különböző típusok vezetőképesség.

Hogyan működnek a napelemek ilyen szerkezettel? A következő módon. Az elem belső rétege p-félvezetőből, a külső, jóval vékonyabb, n-es félvezetőből készült. A rétegek határán van egy úgynevezett "zóna". p-n csomópont a”, amely az n-rétegben térfogati pozitív, a p-rétegben negatív töltések képződése miatt keletkezik.

Ebben az esetben az átmeneti zónában egy bizonyos energiagát keletkezik, amelyet a töltések potenciáljának különbsége okoz. Megakadályozza a fő töltéshordozók behatolását, de szabadon áthalad a kisebbeken, ellentétes irányban. A napfény hatására a fotonok egy részét elnyeli az elem felülete, és további "lyuk-elektron" párokat hoz létre. Vagyis az elektronok és a lyukak egyik félvezetőből a másikba mozognak, és további negatív vagy pozitív töltést adnak át nekik. Ebben az esetben az n- és p-réteg közötti kezdeti potenciálkülönbség csökken, és a külső áramkörben elektromos áram keletkezik.

Szerkezeti jellemzők

Sok modern fotocellának csak egy p-n átmenete van. Ebben az esetben szabadon áthaladó töltéshordozókat csak azok a fotonok generálnak, amelyek energiája nagyobb vagy egyenlő, mint az átmeneti határon lévő "tiltott zóna" szélessége. Ez azt jelenti, hogy az alacsonyabb energiatartalmú fotonokat egyszerűen nem használják fel, ami viszont jelentősen csökkenti a cella hatékonyságát. Ennek a korlátnak a kiküszöbölésére többrétegű (gyakrabban négyrétegű) fotostruktúrákat hoztak létre.

Lehetővé teszik, hogy a napsugárzás spektrumának sokkal nagyobb részét használja, és nagyobb teljesítményt nyújt. Ezenkívül a fotocellák úgy vannak elrendezve, hogy a sugarak először a legszélesebb sávközű átmenetre esnek. Ugyanakkor az „energiaigényesebb” fotonok elnyelődnek, míg az alacsonyabb energiatartalékkal rendelkező fotonok mélyebbre hatolnak, és stimulálják a többi elemet.

Mik azok a napelemek?

A napelemek, amelyek működési elve a fotoelektromos hatáson alapulnak, régóta készültek. Előállításuk fő nehézsége a kellően erős áram előállítására alkalmas anyagok kiválasztása. Az első kísérleteket szelénsejtekkel végeztük, de hatékonyságuk rendkívül alacsony volt (kb. 1%). Napjainkban a szilíciumot elsősorban fotocellákban használják, az ilyen eszközök termelékenysége körülbelül 22%. Emellett folyamatosan fejlesztenek új típusú sejteket (például gallium- vagy indium-arzenid felhasználásával), amelyek hatékonyabbak. A napelemek maximális hatásfoka ma 44,7%.

De az ilyen elemek nagyon drágák, és eddig csak laboratóriumi körülmények között gyártják őket. Széles körben alkalmazzák az egykristályos vagy polikristályos szilícium alapú sejteket, valamint a vékonyfilmes elemeket. Az egykristályos fotoakkumulátorok drágábbak, de nagyobb a teljesítményük, míg a polikristályok olcsóbbak, de inhomogén szerkezetük miatt kevésbé hatékonyak. A vékonyréteg cellák gyártása során nem kristályokat, hanem rugalmas hordozóra lerakott szilíciumrétegeket használnak.

A közelmúltban aktívan fejlesztették az alternatív energiatechnológiákat. Ezek napelemek (SB), szélerőművek és számos egyéb eszköz. A napelemek vagy az úgynevezett fotovoltaikus panelek különösen ígéretesek, mivel a nap szinte örök életére való tekintettel az ilyen energia kimeríthetetlen. Eddigi viszonylag magas költségük ellenére ingyenes és tiszta energiát biztosítanak. Az SB árai azonban évről évre csökkennek, ami azt jelzi nagy kilátások széleskörű végrehajtásuk.

Napelemes készülék

A napelem egy olyan félvezető eszközökből álló rendszer, amelyek fotovoltaikus átalakítók formájában alakítják át a napenergiát közvetlen energiává. elektromosság a fotoelektromos hatás elvét alkalmazva.

1 - Vezérlő
2 - Akkumulátor
3 - Inverter
4 - Modul
5 - Elektromos berendezések

A napelem a következő elemeket tartalmazza:

• , amely két különböző vezetőképességű anyagrétegből áll. Például lehet polikristályos vagy egykristályos szilícium, más kémiai vegyületek bevonásával a p-n átmenet fotoelektromos effektus elvét létrehozva. Vagyis az egyik anyagban hiányoznak az elektronok, a másikban pedig feleslegben vannak.
• , az elem legvékonyabb rétege, amely ellenáll az elektronok átvitelének.
• . Amikor a szemben lévő réteghez kapcsolódik, a gátzónát az elektronok könnyen legyőzik. Ennek eredményeként a fertőzött részecskék rendezett mozgása, azaz elektromos áram jelenik meg.
• . Biztosítja az energia felhalmozódását és megőrzését.
• . A napelemről érkező egyenáramot váltakozó árammá alakítja át.
• . Biztosítja a szükséges tartományú feszültség létrehozását a napelemes rendszerben.

Működési elve

• A napfény fotonok formájában éri a napelem felületét.
• A félvezető felületével való ütközéskor a fotonok energiát adnak át a félvezető elektronjainak.
• Az ütközés következtében a félvezetőből kipattanó elektronok leküzdik a védőréteget, és többletenergiával rendelkeznek.
• Ennek eredményeként a negatív elektronok a p-vezetőből az n vezetőbe jutnak, a pozitív elektronok pedig az ellenkező manővert hajtják végre. Az ilyen átmenetet elektromos mezők segítik elő, amelyek Ebben a pillanatban vannak jelen a vezetékekben. Ezt követően növelik a töltések különbségét és erősségét.

Ha a nap által megvilágított akkumulátort egy bizonyos terhelésre, R ellenállással zárjuk, akkor I elektromos áram megjelenése figyelhető meg, melynek értékét a terhelési ellenállás, a megvilágítás erőssége és a fotoelektromos átalakító minősége határozza meg. . A terhelésben disszipált P teljesítményt a P= I*U képlet határozza meg, ahol U az akkumulátor kapcsain lévő feszültséget jelöli.

Fajták

A felhasznált anyagoktól függően a napelemek a következők lehetnek:

• Monokristályos fotovoltaikus cellák panelei. Hatékonyak, de drágábbak, a hatásfok 14-16%. Az egykristály elemek sokszög alakúak, aminek következtében nehéz kitölteni a teljes területet;
• Amorf szilícium panelek. Az ilyen akkumulátorok alacsony hatékonyságot mutatnak 6-8% tartományban. De a szilíciumátalakító technológiák közül náluk van a legolcsóbb az elektromosság;
• A kadmium-tellurid panelek filmtechnológia alapján készülnek. A félvezető réteg felhordása több száz mikrométeres réteggel történik. A hatásfok 11%, de a szilícium akkumulátorokhoz képest a watt teljesítmény több tíz százalékkal olcsóbb;
• CIGS félvezető alapú panelek, amelyek szelénből, galliumból, indiumból és rézből állnak. Az ilyen panelek hatékonysága eléri a 15% -ot;
• polimer panelek. Ez egyfajta vékonyfilm akkumulátor, amelynek működési elve hasonlít a növények fotoszintézisére. Polimer réteget, védőréteget, rugalmas hátlapot és alumínium elektródákat tartalmaz. Hatékonyság 5-6%;
• A legelterjedtebbek a hatékonyság és az ár optimális aránya miatt a polikristályos fotovoltaikus cellákból készült panelek. Hatékonyságuk eléri a 12-14%-ot.

Az SB feltételesen a következő típusokra is felosztható:

• Vékony film vagy rugalmas (kadmium-tellurid alapú, kristályos és amorf);
• Merev(kristályos szilíciumból, néha amorf);
• Egyoldalú(az egyik oldalon elnyeli a fényt);
• Kétoldalú(mindkét oldalon elnyeli a fényt).

Sajátosságok

• Az akkumulátor töltése gyenge napfényben csökken, elektromos energiát adva az elektromos vevőnek, vagyis megy Teljes munkaidős állás töltés és kisütés üzemmódban. A vezérlést egy speciális vezérlő végzi.
• Az SB nem igényel különleges megelőző karbantartást. Lehet, hogy csak porozást igényel.
• A panelek télen is használhatók, azonban a termelékenység ebben az időszakban másfél-kétszeresére csökken. A hó felhalmozódásának megakadályozása érdekében a paneleket 70 fokos szögben kell felszerelni egy dombra.
• A napelemek a legalkalmasabbak olyan hálózaton kívüli rendszerekhez, amelyekben sok olyan energiatakarékos háztartási készülék található, amelyek nincsenek folyamatosan bekapcsolva.

Alkalmazás

A napelemek szinte mindenhol használhatók:

• Elektromos járművek.
• Hordozható elektronika.
• Számológépek, zseblámpák, lejátszók és így tovább, vagyis bárhol, ahol a különféle szórakoztató elektronikai cikkek akkumulátorait kell tölteni.
• Repülés. Így jött létre a Solar Impulse repülőgép, amely csak napenergiával működik.
• Tápellátás otthonok, iskolák, repülőterek és egyéb épületek számára. A napelemeket széles körben használják szubtrópusi és trópusi területeken, ahol sok napsütéses nap van. Különösen népszerűek a mediterrán országokban.
• használat az űrben. SB-ket telepítenek az ISS-re, telepítenek műholdakra, űr- és bolygóközi járművekre és még sok másra.

Előnyök és hátrányok

Az előnyök között szerepel:

• Környezetbarátság;
• Tartósság, a napelemek több évtizedet bírnak;
• Egyszerű működési elv. Ennek köszönhetően gyakorlatilag nincs meghibásodás a napelemben;
• Zajtalanság;
• Állandó munkavégzés lehetősége;
• Nincs szükség üzemanyagra;
• nyilvánosság;
• A rendszer teljesítményének megváltoztatásának képessége.

A hiányosságok közül kiemelhető:

• Alacsony hatékonyság. Nagy akkumulátorterületre van szükségünk, hogy még egy kis család igényeit is kielégítsük;
• A rendszer összeszerelésének és beállításának bonyolultsága;
• A napelemek meglehetősen magas költsége, valamint a rendszer alacsony megtérülése.

kilátások

Az emberiség környezetbarát vágya és az olaj elutasítása egyre több energiatakarékos technológia bevezetéséhez vezet. Ez azt jelenti, hogy mindenhol napelemeket fognak használni. És a nagyobb hatékonyságú panelek létrehozása lehetővé teszi:

• A legtöbb épületet energiapanelekkel szerelje fel;
• Szerelje fel őket autókra, utakra, robotokra és számos más eszközre;
• Telepítsd őket ruhákba, sőt ültesd be az emberbe. Dél-koreai tudósok már létrehoztak egy szubkután napelemet, amely 15-ször vékonyabb, mint egy hajszál. Biztosítja a testbe beültetett eszközök, például a pacemaker zavartalan működését.

A nap kimeríthetetlen energiaforrás. Használható fák elégetésére vagy napkollektoros vízmelegítésre, a keletkező hőt elektromos árammá alakítva. De vannak olyan eszközök, amelyek a napfényt közvetlenül elektromos árammá alakítják. Ezek napelemek.

Hatály

A napenergia felhasználásának három módja van:

• Villamos energia megtakarítás. A napelemek lehetővé teszik a központosított villamosenergia-fogyasztás megszüntetését vagy csökkentését, valamint a felesleges villamosenergia-eladást az áramszolgáltatónak.
• Olyan objektumok villamosenergia-ellátása, amelyek villamos vezetékek ellátása gazdaságilag lehetetlen vagy nem kifizetődő. Ez lehet egy házikó vagy egy vadászház, távol a villamos vezetékektől. Az ilyen eszközöket a kert távoli részein vagy a buszmegállókban lévő lámpák táplálására is használják.
• Power mobil és hordozható készülékek. Túrázás, horgászat és más hasonló tevékenységek során szükség van telefonok, fényképezőgépek és egyéb kütyük töltésére. Ehhez napelemeket is használnak.

A napelemek kényelmesen használhatók ott, ahol nem lehet áramot szolgáltatni.

Működés elve

A napelemek elemei 0,3 mm vastagságú szilíciumlemezek. Abról az oldalról, amelyre a fény esik, bórt adnak a lemezhez. Ez túlzott mennyiségű szabad elektron megjelenéséhez vezet. A hátoldalon foszfort adnak hozzá, ami "lyukak" kialakulásához vezet. A köztük lévő határt p-n átmenetnek nevezzük. Amikor a fény eléri a lemezt, "kiüti" az elektronokat a hátoldalra. Ez potenciálkülönbséget hoz létre. Az elem méretétől függetlenül az egyik cella 0,7 V feszültséget fejleszt. A feszültség növelésére sorba, az áramerősség növelésére pedig párhuzamosan kapcsolják őket.

Szakértői vélemény

Alekszej Bartosh

Elektromos berendezések és ipari elektronika javítására, karbantartására szakosodott.

Kérdezzen szakértőt

Egyes kialakításokban a teljesítmény növelése érdekében lencséket szereltek fel az elemek fölé, vagy tükörrendszert alkalmaztak. Az akkumulátorok árának csökkenésével az ilyen eszközök irrelevánssá váltak.

A panel maximális hatásfoka, és ennek következtében a teljesítmény akkor érhető el, ha a fény 90 fokos szögben esik. Egyes helyhez kötött készülékekben az akkumulátor napfény után elfordul, de ez nagymértékben megnöveli a költségeket és nehezebbé teszi a szerkezetet.

A napelem működési elve

Az akkumulátorok használatának előnyei és hátrányai

A napelemeknek, mint minden eszköznek, vannak előnyei és hátrányai a működési elv és a tervezési jellemzők tekintetében.

A napelemek előnyei:

• Autonómia. Lehetővé teszi távoli épületek vagy berendezési tárgyak és munkák áramellátását mobil eszközök túrakörülmények között.
• Jövedelmezőség. Az áramtermeléshez a nap fényét használják fel, amiért nem kell fizetni. Ezért a FES (fotovoltaikus rendszerek) 10 év alatt megtérül, ami kevesebb, mint a 30-nál hosszabb élettartam. Ráadásul 25-30 év garanciaidő, és a fotovoltaikus erőmű utána fog működni, hasznot hozva a tulajdonosnak. . Természetesen figyelembe kell venni az inverterek időszakos cseréjét ill akkumulátorok, de mégis, egy ilyen erőmű használata pénzt takarít meg.
• Környezetbarátság. Működés közben az eszközök nem szennyezik a környezetet és nem adnak zajt, ellentétben a más típusú tüzelőanyaggal üzemelő erőművekkel.

Az előnyök mellett a FES-nek vannak hátrányai is:

• Magas ár. Egy ilyen rendszer meglehetősen drága, különösen az akkumulátorok és az inverterek árát figyelembe véve.
• Hosszú megtérülési idő. A fotovoltaikus erőműbe fektetett pénzeszközök csak 10 év múlva térülnek meg. Ez több, mint a többi befektetés nagy része.
• A fotovoltaikus rendszerek sok helyet foglalnak el – az épület teljes tetőjét és falait. Ez sérti az épület kialakítását. Ráadásul a nagy kapacitású akkumulátorok egy egész helyiséget elfoglalnak.
• Egyenetlen energiatermelés. A készülék teljesítménye az időjárástól és a napszaktól függ. Ezt kompenzálják újratölthető akkumulátorok beszerelésével vagy a rendszer elektromos hálózatra történő csatlakoztatásával. Ez lehetővé teszi, hogy jó időben napközben eladja a felesleges villamos energiát az áramszolgáltatónak, éjszaka pedig éppen ellenkezőleg, csatlakoztassa a berendezést a központi áramellátáshoz.

Műszaki adatok: mit kell keresni

A fotocellás rendszer fő paramétere a teljesítmény. Egy ilyen telepítés feszültsége erős fényben eléri a maximumot, és a sorba kapcsolt elemek számától függ, ami szinte minden kivitelben 36. A teljesítmény az egyik elem területétől és a láncok számától függ. 36 darabból, párhuzamosan kapcsolva.

Maguk az akkumulátorok mellett fontos az akkumulátor töltésvezérlő és az akkutöltést hálózati feszültséggé alakító invertert, valamint magukat a paneleket választani.

Az akkumulátorok megvannak megengedett áramerősség töltést, amelyet nem szabad túllépni, különben a rendszer meghibásodik. Az akkumulátorok feszültségének ismeretében könnyen meghatározható a töltéshez szükséges teljesítmény. Ennek nagyobbnak kell lennie, mint a naperőmű kapacitása, különben egy napsütéses napon az energia egy része kihasználatlan lesz.

A vezérlő tölti az akkumulátorokat, és képesnek kell lennie a napenergia teljes kihasználására is.

A naperőműtől energiát kapó berendezések az inverterre csatlakoznak, így teljesítményének meg kell felelnie az elektromos készülékek összteljesítményének.

A napelemek típusai

A panelek méretükön és teljesítményükön túl abban is különböznek egymástól, ahogyan az egyes elemek szilíciumból készülnek.

Kinézet mono- és polikristályos panelek

Monokristályos szilícium elemek

Az egykristályos szilíciumból készült napelemek négyzet alakúak, lekerekített sarkokkal. Ennek oka a gyártási technológia:

• egy hengeres kristályt termesztenek nagy tisztaságú olvadt szilíciumból;
• lehűlés után a henger széleit levágják, és a kör alapja lekerekített sarkú négyzet alakú;
• a kapott rudat 0,3 mm vastag lemezekre vágjuk;
• bórt és foszfort adnak a lemezekhez, és érintkezőcsíkokat ragasztanak rájuk;
• kész elemekből akkucellát állítanak össze.

A kész cellát az alapra rögzítik, és ultraibolya sugarakat áteresztő vagy laminált üveggel borítják.

Az ilyen eszközöket a legmagasabb hatékonyság és megbízhatóság jellemzi, ezért fontos helyekre telepítik őket, például az űrhajókban.

Több polikristályos szilíciumból készült fotovoltaikus cellák

Az egykristályból származó elemeken kívül vannak olyan eszközök, amelyekben a fotocellák polikristályos szilíciumból készülnek. A gyártási technológia hasonló. A fő különbség az, hogy egy kerek kristály helyett egy téglalap alakú rudat használnak, amely a következőkből áll egy nagy szám különböző formájú és méretű kis kristályok. Ezért az elemek téglalap vagy négyzet alakúak.

A mikroáramkörök és fotocellák gyártásából származó hulladékokat nyersanyagként veszik fel. Ez csökkenti a késztermék költségét, de rontja a minőségét. Az ilyen eszközök hatékonysága alacsonyabb - átlagosan 18%, szemben az egykristály akkumulátorok 20-22% -ával. A választás kérdése azonban meglehetősen bonyolult. Különböző gyártóknál a monokristályos és polikristályos panelek egy kilowatt teljesítményének ára azonos lehet, vagy bármely típusú készülék javára.

Amorf szilícium napelemek

Az elmúlt években népszerűvé váltak a rugalmas akkumulátorok, amelyek könnyebbek, mint a merevek. Előállításuk technológiája eltér a mono- és polikristályos panelek gyártási technológiájától - vékony szilíciumrétegeket permeteznek adalékanyagokkal rugalmas alapra, általában acéllemezre, amíg el nem érik a kívánt vastagságot. Ezt követően a lapokat levágják, vezető csíkokat ragasztanak rájuk, és a teljes szerkezetet laminálják.

Amorf szilícium napelemek

Az ilyen akkumulátorok hatékonysága körülbelül 2-szer kisebb, mint a merev szerkezeteké, azonban könnyebbek és tartósabbak, mivel hajlíthatók.

Az ilyen eszközök a szokásosnál drágábbak, de nincs alternatívájuk terepi körülmények között, amikor a könnyűség és a megbízhatóság a legfontosabb. A panelek sátorra vagy hátizsákra varrhatók, az akkumulátorok pedig mozgás közben tölthetők. Az ilyen eszközök összehajtva úgy néznek ki, mint egy könyv vagy egy feltekert rajz, amelyet egy tubusra emlékeztető tokba lehet helyezni.

A mobileszközök útközbeni töltése mellett az elektromos autókba és az elektromos repülőgépekbe rugalmas paneleket szerelnek fel. A tetőn az ilyen eszközök megismétlik a cserepek íveit, és ha üveget használnak, akkor színezett megjelenést kölcsönöz, és beilleszthető egy ház vagy üvegház ablakába.

Napelemes töltésvezérlő

A panelnek az akkumulátorhoz való közvetlen csatlakoztatásának vannak hátrányai:

• A 12 V névleges feszültségű akkumulátor csak akkor töltődik fel, ha a fotocellák kimenetén a feszültség eléri a 14,4 V-ot, ami közel van a maximumhoz. Ez azt jelenti, hogy az akkumulátorok az idő egy részében nem töltődnek.
• A fotocellák maximális feszültsége 18 V. Ennél a feszültségnél az akkumulátor töltőáram túl magas lesz, és gyorsan meghibásodnak.

Ezen problémák elkerülése érdekében töltésvezérlőt kell telepíteni. A leggyakoribb kivitelek a PWM és MPPT.

PWM töltésvezérlő

A PWM vezérlő működése (impulzusszélesség-moduláció - angolul pulse-width modulation - PWM) állandó feszültséget tart fenn a kimeneten. Ez biztosítja maximális fokozat az akkumulátor töltése és töltés közbeni túlmelegedés elleni védelme.

MPPT töltésvezérlő

Az MPPT vezérlő (Maximum power point tracker – a maximális teljesítménypont nyomon követése) olyan kimeneti feszültséget és áramértéket biztosít, amely lehetővé teszi a szoláris akkumulátor potenciáljának maximalizálását, függetlenül a napfény fényességétől. Csökkentett fényerővel a kimeneti feszültséget az akkumulátorok töltéséhez szükséges szintre emeli.

Ilyen rendszer minden modern inverterben és töltésvezérlőben megtalálható.

Az akkumulátorokban használt akkumulátorok típusai

Különféle típusú akkumulátorok, amelyek napelemekhez használhatók

Az akkumulátorok fontos elemei a ház éjjel-nappal napenergiával történő áramellátásának rendszerének.

Ezek az eszközök a következő típusú akkumulátorokat használják:

• indító;
• gél;
• AGM akkumulátorok;
• elárasztott (OPZS) és lezárt (OPZV) akkumulátorok.

Más típusú elemek, például alkáli- vagy lítiumelemek drágák és ritkán használatosak.

Az összes ilyen típusú készüléknek +15 és +30 fok közötti hőmérsékleten kell működnie.

Indító akkumulátorok

A leggyakoribb akkumulátortípus. Olcsóak, de nagy önkisülési áramuk van. Ezért néhány felhős nap után az akkumulátorok akkor is lemerülnek, ha nincs terhelés.

Az ilyen eszközök hátránya, hogy működés közben gázfejlődés következik be. Ezért nem lakás céljára szolgáló, jól szellőző helyre kell őket telepíteni.

Ezenkívül az ilyen akkumulátorok élettartama legfeljebb 1,5 év, különösen többszörös töltési-kisütési ciklus esetén. Ezért hosszú távon ezek az eszközök lesznek a legdrágábbak.

Gél akkumulátorok

A gél akkumulátorok karbantartásmentes termékek. Üzem közben nincs gázkibocsátás, így nappaliba és szellőztetés nélküli helyiségbe is beépíthetők.

Az ilyen eszközök nagy kimeneti áramot, nagy kapacitást és alacsony önkisülési áramot biztosítanak.

Az ilyen eszközök hátránya a magas ár és a rövid élettartam.

AGM akkumulátorok

Ezek az akkumulátorok rövid élettartamúak, azonban számos előnnyel rendelkeznek:

• nincs gázkibocsátás működés közben;
• kis méret;
• nagyszámú (körülbelül 600) töltési-kisütési ciklus;
• gyors (akár 8 óra) töltés;
• jó teljesítmény, ha nincs teljesen feltöltve.

Belül AGM akkumulátor

Elárasztott (OPZS) és lezárt (OPZV) akkumulátorok

Az ilyen eszközök a legmegbízhatóbbak és a leghosszabb élettartamúak. Alacsony önkisülési áramuk és nagy fogyasztásuk van.

Ezek a tulajdonságok teszik az ilyen eszközöket a legnépszerűbbek a fotocellás rendszerekbe történő beépítésre.

Hogyan határozható meg a fotocellák mérete és száma?

A fotocellák szükséges mérete és száma az akkumulátor feszültségétől, áramától és teljesítményétől függ. Egy elem feszültsége napsütéses napon 0,5 V. Ha felhős, akkor sokkal alacsonyabb. Ezért a 12 V-os akkumulátorok töltéséhez 36 fotocellát kell sorba kötni. Ennek megfelelően a 24 V-os akkumulátorok 72 cellát igényelnek, és így tovább. Teljes számuk egy elem területétől és a szükséges teljesítménytől függ.

Egy négyzetméter akkumulátorfelület a hatékonyságot figyelembe véve körülbelül 150 wattot tud termelni. Pontosabban a naperőmű telepítési helyén vagy az interneten található napsugárzás mennyiségét bemutató meteorológiai referenciakönyvekből állapítható meg. A készülék hatékonyságát az útlevél jelzi.

Amikor saját kezűleg készít fotovoltaikus erőművet szükséges mennyiség elemeket az adott éghajlaton egy elem teljesítménye határozza meg, a hatásfok figyelembevételével.

A napelemek számának kiszámítása a szükséges áramból származik

A napelemek hatékonysága télen

Annak ellenére, hogy a nap télen lejjebb kel, a fény mennyisége kissé csökken, különösen hóesés után.

Három fő oka van annak, hogy a napelemek télen kevésbé hatékonyak:

• A sugarak beesési szöge megváltozik. A teljesítmény fenntartása érdekében az akkumulátor dőlésszögét szezononként legalább egyszer, lehetőleg havonta változtatni kell.
• A hó, különösen a nedves hó megtapad a készülék felületén. Kiesés után azonnal el kell távolítani.
• Télen a nappali órák rövidebbek, és több a felhős nap. Ezen nem lehet változtatni, ezért a téli minimum szerint kell számolni az akkuteljesítményt.

Telepítési szabályok

A panel maximális teljesítménye olyan helyzetben érhető el, ahol a napsugarak merőlegesen esnek. Ezt a telepítés során figyelembe kell venni. Azt is fontos figyelembe venni, hogy a nap mely szakában van a minimális felhőzet. Ha a tető dőlésszöge és helyzete nem felel meg a követelményeknek, akkor azt az alap beállításával korrigálják.

Az akkumulátor és a tető között 15-20 centiméteres légrésnek kell lennie. Ez szükséges az eső áramlásához és a túlmelegedés elleni védelemhez.

A fotovoltaikus cellák nem működnek jól árnyékban, ezért ne helyezze őket épületek és fák árnyékába.

A napelemes fotocellás erőművek ígéretes környezetbarát energiaforrást jelentenek. Széleskörű használatuk megoldja az energiahiányból, környezetszennyezésből adódó problémákat környezetés az üvegházhatás.

Napjainkban szinte mindenki összegyűjtheti és rendelkezésére bocsáthatja a saját független áramforrását napelemeken (a tudományos irodalomban ezeket fotovoltaikus paneleknek nevezik).

A drága berendezéseket az idő múlásával kompenzálja az ingyenes áramszolgáltatás lehetősége. Fontos, hogy a napelemek környezetbarát energiaforrások legyenek. Az elmúlt években a fotovoltaikus panelek árai több tucatszor estek, és továbbra is csökkennek, ami nagy kilátásokat jelez a használatukra.

Klasszikus formájában egy ilyen áramforrás a következő részekből áll majd: közvetlenül, egy napelem (DC generátor), egy akkumulátor töltésvezérlővel és egy inverter, amely átalakítja D.C. változóba.

A napelemek egy sor napelemből (fotovoltaikus átalakítóból) állnak, amelyek közvetlenül alakítják át a napenergiát elektromos energiává.

A legtöbb napelem szilíciumból készül, ami meglehetősen drága. Ez a tény határozza meg az elektromos energia magas költségét, amelyet napelemek használatával érnek el.

Kétféle fotoelektromos konverter elterjedt: egykristályból és polikristályos szilíciumból készültek. A gyártástechnológiában különböznek egymástól. Az előbbiek hatékonysága akár 17,5%, az utóbbiak pedig 15%.

legfontosabb műszaki paraméter napelem, amely nagyban befolyásolja a teljes telepítés hatékonyságát, annak hasznos erő. A feszültség és a kimeneti áram határozza meg. Ezek a paraméterek az akkumulátorra eső napfény intenzitásától függenek.

Az egyes napelemek elektromotoros ereje nem függ a területüktől, és csökken, ha az akkumulátort a nap melegíti, körülbelül 0,4%-kal 1 grammonként. C. A kimenő áram a napsugárzás intenzitásától és a napelemek méretétől függ. Minél erősebb a napfény, annál nagyobb áramot generálnak a napelemek. A töltőáram és a kimeneti teljesítmény felhős időben jelentősen csökken. Ennek oka az akkumulátor által szolgáltatott áram csökkenése.

Ha a nap által megvilágított akkumulátor valamilyen Rн ellenállású terhelésre zárva van, akkor az áramkörben I elektromos áram jelenik meg, melynek értékét a fotoelektromos átalakító minősége, a megvilágítás erőssége és a terhelési ellenállás határozza meg. A terhelésben felszabaduló Pn teljesítményt a Pn = InUn szorzat határozza meg, ahol Un az akkumulátor kapcsain lévő feszültség.

A legnagyobb teljesítmény a terhelésben szabadul fel valamilyen optimális Ropt ellenállás mellett, amely megfelel a fényenergiát elektromos energiává alakító legnagyobb teljesítménytényezőnek (hatékonyságnak). Minden jelátalakítónak megvan a saját Ropt értéke, amely a minőségtől, a munkafelület méretétől és a megvilágítás mértékétől függ.

A napelem különálló napelemekből áll, amelyek sorosan és párhuzamosan kapcsolódnak a kimeneti paraméterek (áram, feszültség és teljesítmény) növelése érdekében. Az elemek sorba kapcsolásakor a kimeneti feszültség nő, míg párhuzamosan a kimeneti áram növekszik.

Az áram és a feszültség növelése érdekében ezt a két csatlakozási módot kombinálják. Ráadásul ennél a csatlakozási módnál az egyik napelem meghibásodása nem vezet a teljes lánc meghibásodásához, pl. javítja a teljes akkumulátor megbízhatóságát.

Így a napelem párhuzamos sorba kapcsolt napelemekből áll. Maximális érték lehetséges áram az akkumulátor által adott egyenesen arányos a párhuzamosan kapcsolt napelemek számával, és az elektromotoros erővel - sorba kapcsolt napelemek. Tehát a csatlakozási típusok kombinálásával egy akkumulátort állítanak össze a szükséges paraméterekkel.

Az akkumulátor napelemei diódákkal vannak söntölve. Általában 4 van belőlük - egy az akkumulátor minden ¼ részére. A diódák megvédik az akkumulátor egyes részeit a meghibásodástól, amely valamilyen oknál fogva elsötétült, vagyis ha egy adott időpontban a fény nem esik rájuk.

Az akkumulátor átmenetileg 25%-kal kevesebb teljesítményt termel, mint ha az akkumulátor teljes felülete normál napfénynek van kitéve.

Diódák hiányában ezek a napelemek túlmelegednek és meghibásodnak, mivel áramfogyasztóvá válnak az áramszünet során (az akkumulátorok a napelemeken keresztül merítenek), a diódák használatakor pedig söntölnek, és nem folyik át rajtuk áram.

A keletkező elektromos energiát akkumulátorokban tárolják, majd átadják a terhelésnek. Akkumulátorok - kémiai áramforrások. Az akkumulátor akkor töltődik fel, ha az akkumulátor feszültségénél nagyobb feszültséget kapcsolnak rá.

A sorosan és párhuzamosan kapcsolt napelemek száma olyan legyen, hogy az akkumulátorokra adott üzemi feszültség a töltőkör feszültségesését figyelembe véve kismértékben meghaladja az akkumulátorok feszültségét, és az akkumulátor terhelési árama biztosítsa a szükséges feszültséget. töltőáram.

Például egy 12 V-os ólom-savas akkumulátor töltéséhez 36 cellából álló napelem szükséges.

Gyenge napfényben az akkumulátor töltése csökken, és az akkumulátor elektromos energiát ad le az elektromos vevőnek, pl. Az újratölthető akkumulátorok folyamatosan kisütési és töltési módban működnek.

Ezt a folyamatot egy speciális vezérlő vezérli. A ciklikus töltés állandó feszültséget vagy állandó töltőáramot igényel.

Jó megvilágítás mellett az akkumulátor gyorsan feltöltődik névleges kapacitásának 90%-ára, majd lassabb töltési sebességgel a teljes kapacitásra. Az alacsonyabb töltési sebességre váltást a töltővezérlő vezérli.

A speciális akkumulátorok leghatékonyabb felhasználása - gél (kénsavat használnak elektrolitként az akkumulátorban) és ólom akkumulátorok, amelyek AGM technológiával készülnek. Ezek az akkumulátorok nem igényelnek különleges telepítési és karbantartási feltételeket. Az ilyen akkumulátorok útlevél élettartama 10-12 év, a kisülési mélység nem haladja meg a 20% -ot. Az akkumulátorokat soha nem szabad ezen érték alatt lemeríteni, ellenkező esetben az élettartamuk drasztikusan csökken!

Az akkumulátor egy vezérlőn keresztül csatlakozik a napelemhez, amely szabályozza annak töltését. Amikor az akkumulátort teljes kapacitással töltjük, a napelemre egy ellenállást csatlakoztatunk, amely elnyeli a felesleges energiát.

Az akkumulátor egyenfeszültségének váltakozó feszültséggé alakításához, amely a legtöbb elektromos vevőt napelemekkel együtt táplálja, használhatja speciális eszközök- inverterek.

Napelemes inverter használata nélkül lehetséges az állandó feszültségen működő elektromos vevők táplálása, beleértve a különféle hordozható berendezések, energiatakarékos fényforrások, például ugyanazok a LED-lámpák.

A szöveg szerzője: Andrey Povny. A szöveget először az Electricik.info oldalon tették közzé. Újranyomva a szerkesztők engedélyével.

A tudomány adott egy olyan időszakot, amikor a napenergia felhasználásának technológiája nyilvánosan elérhetővé vált. Bármely tulajdonosnak lehetősége van napelemet beszerezni a házba. A nyári lakosok nem maradnak le ebben a kérdésben. Gyakran távol vannak a fenntartható villamosenergia-ellátás központosított forrásaitól.

Javasoljuk, hogy ismerkedjen meg a készüléket ábrázoló információkkal, a napelemes rendszer működési elveivel és munkaegységeinek számításával. Az általunk javasolt információk megismerése közelebb visz a valósághoz, hogy webhelyét természetes árammal láthassa el.

A közölt adatok vizuális észlelése érdekében részletes diagramokat, illusztrációkat, fényképeket és videós utasításokat mellékelünk.

A napelem berendezése és működési elve

Valamikor a kíváncsi elmék felfedezték számunkra a természetes anyagokat, amelyek a nap fényrészecskéi, fotonok, hatására keletkeznek. A folyamatot fotoelektromos hatásnak nevezték. A tudósok megtanulták kontrollálni a mikrofizikai jelenséget.

Félvezető anyagok alapján kompakt elektronikus eszközöket - fotocellákat - készítettek.

A gyártók elsajátították a miniatűr konverterek hatékony napelemekké való kombinálásának technológiáját. Az iparban széles körben gyártott szilícium paneles napelem modulok hatásfoka 18-22%.

A séma leírásából jól látszik: az erőmű minden alkatrésze egyformán fontos - a rendszer összehangolt működése a hozzáértő kiválasztásától függ.

A modulokból napelemet szerelnek össze. Ez a Naptól a Földig tartó fotonút utolsó pontja. Innen a fénysugárzás ezen összetevői már befelé folytatják útjukat elektromos áramkör mint az egyenáramú részecskék.

Elosztják az akkumulátorok között, vagy 220 V-os váltóáramú töltetté alakítják át, amelyek mindenféle otthoni technikai eszközt táplálnak.

A napelemek sorba kapcsolt félvezető eszközök - fotocellák - komplexuma, amelyek a napenergiát elektromos energiává alakítják.

A készülék sajátosságairól és a napelem működési elvéről egy másik oldalunkon talál további részleteket.

Napelem modulok-panelek típusai

A napelem-modulokat napelemekből, különben fotovoltaikus átalakítókból állítják össze. A FEP két típusa talált tömeges alkalmazást.

Különböznek a gyártásukhoz használt szilícium-félvezető fajtáiban, ezek a következők:

• Polikristályos. Ezek szilíciumolvadékból hosszú távú hűtéssel készült napelemek. Egy egyszerű gyártási mód megfizethetővé teszi az árat, de a polikristályos változat teljesítménye nem haladja meg a 12%-ot.
• Monokristályos. Ezek olyan elemek, amelyeket a mesterségesen termesztett szilíciumkristály vékony lemezekre vágásával nyernek. A legproduktívabb és legdrágább lehetőség. Az átlagos hatásfok 17% körül van, nagyobb teljesítményű egykristályos fotovoltaikus cellákat találhatunk.

Polikristályos napelemek, lapos négyzet alakúak, nem egyenletes felülettel. Az egykristályos fajták vékony, egyenletes felületi szerkezetű négyzetekként jelennek meg, levágott sarkokkal (pszeudo-négyzetekkel).

Így néznek ki a napelemek - fotovoltaikus átalakítók: a napelem modul jellemzői nem függenek a felhasznált elemek típusától - ez csak a méretet és az árat befolyásolja

Az első kivitelű, azonos teljesítményű panelek az alacsonyabb hatásfok miatt nagyobb méretűek, mint a másodikak (18% versus 22%). Átlagosan százalékuk tízzel olcsóbb, és kedvezményes kereslet van rájuk.

Képgaléria

Megismerheti az autonóm fűtési energia ellátására szolgáló napelemek kiválasztásának szabályait és árnyalatait.

A napelemes áramellátás sémája

Ha megnézzük a napelemes rendszert alkotó csomópontok titokzatosan csengő neveit, az eszünkbe jut az eszköz szupertechnikai összetettsége.

A foton életének mikroszintjén ez így van. És egyértelműen általános séma Az elektromos áramkör és működési elve nagyon egyszerűnek tűnik. Csak négy lépés van az ég világítótestétől az „Iljics izzójáig”.

A napelem modulok az erőművek első elemei. Ezek vékony téglalap alakú panelek, amelyeket bizonyos számú szabványos fotocella lemezből állítanak össze. A gyártók a fotopaneleket különböző elektromos teljesítményben és feszültségben gyártják, ami 12 volt többszöröse.

Képgaléria

A lapos alakú eszközök kényelmesen elhelyezhetők a közvetlen sugarak számára nyitott felületeken. A moduláris blokkokat kölcsönös csatlakozások segítségével napelemes akkumulátorgá egyesítik. Az akkumulátor feladata, hogy a napból kapott energiát átalakítsa, adott értékű állandó áramot adva ki.

Tárolóeszközök elektromos töltés- mindenki által ismert. Szerepük a napenergia-ellátás rendszerében hagyományos. Amikor a háztartási fogyasztók egy központi hálózatra csatlakoznak, az energiatárolást elektromos árammal tárolják.

Felhalmozzák a feleslegét is, ha a napelem modulból elegendő áram jut az elektromos készülékek által fogyasztott teljesítmény biztosításához.

Az akkumulátorcsomag ellátja az áramkört a szükséges energiával, és stabil feszültséget tart fenn, amint a benne lévő fogyasztás megnövekedett értékre emelkedik. Ugyanez történik például éjszaka nem működő fotópanelekkel vagy kevés napsütéses időben.

A vezérlő elektronikus közvetítő a napelem modul és az akkumulátorok között. Feladata az akkumulátor töltöttségi szintjének szabályozása. A készülék nem engedi, hogy a túltöltéstől felforrjanak, vagy az elektromos potenciál egy bizonyos norma alá csökkenjen, ami az egész napelemes rendszer stabil működéséhez szükséges.

Fordítva így magyarázható szó szerint a kifejezés hangzása. Igen, mert valójában ez a csomópont olyan funkciót lát el, amely valaha fantasztikusnak tűnt a villamosmérnökök számára.

A napelem modul és az akkumulátorok egyenáramát 220 voltos potenciálkülönbséggel váltakozó árammá alakítja. Ez a feszültség működik a háztartási elektromos készülékek túlnyomó többségénél.

A napenergia áramlása arányos a lámpa helyzetével: a modulok beépítésénél jó lenne gondoskodni a dőlésszög évszaktól függő beállításáról

Csúcsterhelés és átlagos napi energiafogyasztás

A saját napelemes állomás öröme még mindig sokat ér. A napenergia hasznosításának első lépése egy háztartás vagy vidéki ház optimális csúcsterhelésének kilowattban kifejezett és racionális átlagos napi energiafogyasztásának meghatározása kilowattórában.

A csúcsterhelést több elektromos eszköz egyidejű bekapcsolásának szükségessége hozza létre, és a maximális összteljesítményük határozza meg, figyelembe véve néhányuk túlbecsült indítási jellemzőit.

A maximális energiafogyasztás kiszámítása lehetővé teszi annak megállapítását, hogy mely elektromos készülékek egyidejű működése létfontosságú, és melyek nem. Ez a mutató az erőművi csomópontok teljesítményjellemzőire, azaz az eszköz összköltségére vonatkozik.

Egy elektromos készülék napi energiafogyasztását az egyedi teljesítményének a napközbeni hálózatról való munkaidejével (fogyasztott villamos energiával) való szorzatával mérjük. A teljes átlagos napi energiafogyasztást az egyes fogyasztók által egy napi időszakban fogyasztott villamos energia összegeként kell kiszámítani.

Az akkumulátoros tápegység elrendezése

Az akkumulátorok kiválasztásakor a következő feltételeket kell követnie:

1. NEM alkalmas erre a célra autó akkumulátorok. A napelemes erőművek akkumulátorait a "SOLAR" felirat jelöli.
2. Az elemeket csak minden tekintetben azonosan, lehetőleg ugyanabból a gyári tételből szabad megvásárolni.
3. A helyiségnek, ahol az akkumulátor található, melegnek kell lennie. Optimális hőmérséklet amikor az akkumulátorok teljes teljesítményt adnak le = 25⁰C. Amikor -5 ⁰C-ra csökken, az akkumulátor kapacitása 50%-kal csökken.

Ha a számításhoz egy 12 voltos feszültségű, 100 amper/óra kapacitású, exponenciális akkumulátort veszünk, könnyen kiszámítható, hogy egy órán keresztül 1200 watt összteljesítményű energiát tud biztosítani a fogyasztóknak. De ez teljes lemerülésnél van, ami nagyon nem kívánatos.

NEM ajánlott az akkumulátor töltöttségét 70% alá csökkenteni a hosszú akkumulátor-élettartam érdekében. Határérték = 50%. A 60%-os számot "arany középútnak" véve a 720 W / h energiatartalékot tesszük az akkumulátor kapacitív komponensének minden 100 Ah-jára (1200 W / h x 60%) a további számítások alapjául.

Lehetséges, hogy egy 200 Ah kapacitású akkumulátor vásárlása kevesebbe kerül, mint 100-ból kettő vásárlása, és az akkumulátor érintkezőinek száma csökken.

Kezdetben az akkumulátorokat helyhez kötött áramforrásról 100%-ban feltöltve kell beépíteni. Az elemeknek teljesen le kell fedniük a sötét napszak terheléseit. Ha nem szerencsés az időjárás, tartsa fenn a szükséges rendszerparamétereket napközben.

Fontos figyelembe venni, hogy az akkumulátorok túlkínálata az akkumulátorok folyamatos alultöltéséhez vezet. Ez jelentősen csökkenti az élettartamot. A legracionálisabb megoldásnak a berendezés olyan akkumulátorokkal való kiegészítése tűnik, amelyek energiatartaléka elegendő egy napi energiafogyasztás fedezésére.

A szükséges teljes akkumulátorkapacitás meghatározásához az 12000 W/h teljes napi energiafogyasztást elosztjuk 720 W/h-val, és megszorozzuk 100 Ah-val:

12 000 / 720 * 100 = 2500 A*h ≈ 1600 A*h

Összességében a mi példánkban 16 darab 100 Ah kapacitású vagy 8 db 200 Ah kapacitású akkumulátorra van szükség sorosan párhuzamosan.

A jó vezérlő kiválasztása

A kompetens kiválasztás (ACB) nagyon specifikus feladat. Bemeneti paramétereinek meg kell felelniük a kiválasztott szolármoduloknak, a kimeneti feszültségnek pedig a szoláris rendszer belső potenciálkülönbségének (példánkban 24 volt).

Egy jó vezérlőnek biztosítania kell:

1. Többlépcsős akkumulátortöltés, megsokszorozva azok hatékony élettartamát.
2. Automatikus kölcsönös, akkumulátor és szoláris akkumulátor, bekötés-leválasztás a töltés-kisülés korrelációjában.
3. A terhelés visszakapcsolása az akkumulátorról a napelemre és fordítva.

Ez a kis csomó nagyon fontos elem.

Ha a fogyasztók egy részét (például a világítást) közvetlen 12 voltos tápra helyezzük a vezérlőről, akkor az inverternek kisebb teljesítményre lesz szüksége, ami olcsóbbat jelent.

Tól től jó választás A vezérlő egy drága akkumulátor problémamentes működésétől és a teljes rendszer egyensúlyától függ.

A legjobb teljesítményű inverter kiválasztása

Az invertert olyan teljesítménnyel választják ki, hogy hosszú távú csúcsterhelést biztosítson. Bemeneti feszültségének meg kell felelnie a napelemes rendszer belső potenciálkülönbségének.

1. A kiadás formája és gyakorisága váltakozó áram. Minél közelebb van az 50 hertzes szinuszhoz, annál jobb.
2. a készülék hatékonysága. Minél magasabb a 90%, annál jobb.
3. A készülék saját fogyasztása. Arányosnak kell lennie a rendszer teljes energiafogyasztásával. Ideális - akár 1%.
4. A csomópont azon képessége, hogy ellenálljon a rövid távú kettős túlterhelésnek.

A legjobb teljesítmény a beépített vezérlő funkcióval rendelkező inverter.

Háztartási napelemes rendszer összeszerelése

Készítettünk Önnek egy fotóválogatást, amely jól szemlélteti a háztartási napelemes rendszer összeszerelésének folyamatát a gyárban gyártott modulokból:

Képgaléria

A mini erőmű építése előtt ki kell számítani egy eszközcsoport szükséges teljesítményét, és meg kell határozni azok számát

Az üzletben vásárlás előtt alaposan ellenőrizze az egyes eszközök teljes készletét, és nézze meg, hogy nem sérült-e.

3. lépés: Napelemes rendszer elemeinek szállítása

Következtetések és hasznos videó a témában

1. görgő. A napelemek telepítésének bemutatása a ház tetejére saját kezűleg:

2. görgő. Az akkumulátorok kiválasztása a napelemes rendszerhez, típusok, különbségek:

3. görgő. Vidéki naperőmű azoknak, akik mindent maguk csinálnak:

A megfontolt, lépésről lépésre gyakorlati számítási módszerek, a modern napelem akkumulátor hatékony működésének alapelve az otthoni autonóm heliosztáció részeként segíti a tulajdonosokat, ill. nagy ház sűrűn lakott terület, és egy vidéki ház a vadonban az energetikai szuverenitás megszerzése érdekében.