Güneş panellerinin çalışma prensibi ve cihazı

Güneş pilinin çalışma prensibi

Cihaz, güneş ışınlarını doğrudan elektriğe dönüştürmek için tasarlanmıştır. Bu harekete fotoelektrik etki denir. Eleman yapımında kullanılan yarı iletkenler (silikon levhalar) pozitif ve negatif yüklü elektronlara sahiptir ve n-katmanı (-) ve p-katmanı (+) olmak üzere iki katmandan oluşur. Güneş ışığının etkisi altındaki fazla elektronlar katmanlardan dışarı atılır ve başka bir katmanda boş yerleri işgal eder. Bu, serbest elektronların sürekli hareket etmesine, bir plakadan diğerine hareket etmesine ve pilde depolanan elektrik üretmesine neden olur.

Bir güneş pilinin nasıl çalıştığı büyük ölçüde tasarımına bağlıdır. Güneş pilleri orijinal olarak silikondan yapılmıştır.Hala çok popülerler, ancak silikon saflaştırma işlemi oldukça zahmetli ve maliyetli olduğundan, kadmiyum, bakır, galyum ve indiyum bileşiklerinden alternatif fotosellere sahip modeller geliştiriliyor, ancak daha az üretkenler.

Teknolojinin gelişmesiyle birlikte güneş panellerinin verimliliği artmıştır. Yüzyılın başında kaydedilen yüzde bir olan bu rakam bugün yüzde yirminin üzerine çıkmıştır. Bu da günümüzde panelleri sadece evsel ihtiyaçlar için değil, aynı zamanda üretim için de kullanmamızı sağlıyor.

Özellikler

Güneş pili cihazı oldukça basittir ve birkaç bileşenden oluşur:

Doğrudan güneş pilleri / güneş paneli;

Doğru akımı alternatif akıma çeviren bir invertör;

Pil seviyesi kontrolörü.

Güneş panelleri için pil satın almak, gerekli işlevlere dayanmalıdır. Elektriği depolar ve dağıtırlar. Depolama ve tüketim gün boyunca gerçekleşir ve geceleri biriken şarj yalnızca tüketilir. Böylece, sürekli ve sürekli bir enerji arzı vardır.

Pilin aşırı şarj edilmesi ve deşarj edilmesi, kullanım ömrünü kısaltacaktır. Solar pil şarj regülatörü, maksimum parametrelerine ulaştığında pildeki enerji birikimini otomatik olarak askıya alır ve aşırı deşarj olduğunda cihazın yükünü kapatır.

(Tesla Powerwall - 7KW güneş paneli pili - ve elektrikli araçlar için evde şarj)

Güneş panelleri için şebeke invertörü en önemli tasarım öğesidir. Güneş ışınlarından aldığı enerjiyi çeşitli kapasitelerde alternatif akıma dönüştürür.Senkron bir dönüştürücü olarak, elektrik akımının frekans ve fazdaki çıkış voltajını sabit bir ağ ile birleştirir.

Fotoseller hem seri hem de paralel bağlanabilir. İkinci seçenek güç, voltaj ve akım parametrelerini artırır ve bir eleman işlevselliğini kaybetse bile cihazın çalışmasına izin verir. Kombine modeller her iki şema kullanılarak yapılır. Plakaların hizmet ömrü yaklaşık 25 yıldır.

Özel bir ev için güneş paneli seçimi

Özel bir ev için güneş panelleri satın almadan önce şunları öğrenin:

• Odada günlük elektrik tüketimi;
• Panelleri yerleştirmek için bir yer (güneye yönlendirilmiş, üzerlerinde gölge olmamalı ve uygun eğim açısı ayarlanmalıdır);
• Piller, bu sıcaklıkta 25 santigrat dereceye kadar sıcak bir odaya yerleştirilir;
• Elektrikli cihazların pik yüklerini hesaba katın;
• Sistemin mevsimlik veya sürekli kullanımı.

Yüksek ışık aktivitesine sahip bölgeler için monokristal piller en uygunudur. Yazlık veya kişisel bir arsa için, mevsimsel kullanım planlanıyorsa, mikromorfik polikristal modeller en uygunudur. Nispeten ucuzdurlar, dağınık, yan ışığı iyi algılarlar ve bulutlu havalarda açılı olarak çalışırlar.

Hesaplama örneği

Banliyö bölgesi 3-6 kWh elektrik enerjisi tüketir, ancak çok sayıda elektrikli cihaz kullanıldığında veya evde ek aydınlatma kullanıldığında bu rakam daha yüksek olabilir. Üç katlı bir kır evi, 20 ila 50 kWh ve hatta daha fazlasını tüketir. Verilen bilgilere göre bir hesaplama yapacağız.

Kulübenin enerji yoğunluğu 7 kW'dır (kayıplar dahil). Ev, enerji kaynağı için yeterli güneş ışığının bulunduğu Güney'de bulunuyorsa, yaklaşık 20 pil gerekecektir. Bir panelin çalışma gücü 400 watt'tır. Bu miktar, 4-6 kişilik bir ailenin kalıcı olarak yaşadığı bir banliyö bölgesine enerji sağlamak için yeterlidir.

Kurulum

Belirli bir firmanın ürünlerini satın alırken detaylı kablo şemaları ve talimatlarını alırsınız ve kesintisiz güç kaynakları ve güneş panellerini kendi ellerinizle kurabilirsiniz. Ancak sistemlerin kurulumu ve konfigürasyonu ile uğraşmak istemiyorsanız veya bunu daha önce hiç yapmadıysanız, bu işi profesyonellere emanet edin.

Uzmanlar sahaya gider ve kısa sürede ekipmanın kurulumunu ve devreye alınmasını gerçekleştirir. Bir güneş enerjisi santralinin kurulumu, sistemin karmaşıklığına bağlı olarak ortalama bir ila dört gün sürer ve bir ila iki gün içinde kesintisiz bir güç kaynağı kurulur.

Güneş enerjisi modüllerinin montajı önceden onaylanmış bir şemaya göre gerçekleşir ve sistemin tüm bileşenleri; piller, şarj kontrolörleri ve dönüştürücüler sizin için uygun ve erişilebilir bir yere kurulur. Santralin bakımı kolaydır. Güneş panelleri pürüzsüz bir yüzeye sahiptir kar ve toz birikmesine izin vermeyen özel camdan. Güneş enerjisi sistemleri için kullanılan piller bakım gerektirmez ve 10 yıla kadar kullanım ömrüne sahiptir.

İpuçları

Uzmanlar, güneş panellerinin nasıl düzgün bir şekilde döşeneceği ve bağlanacağı konusunda birkaç tavsiyede bulunuyor.

Çoğu zaman, alternatif enerji kaynakları kullanan ürünler çatıya veya konut inşaatının duvarlarına monte edilir, daha az sıklıkla özel güvenilir destekler kullanırlar.

Her durumda, herhangi bir elektrik kesintisi tamamen ortadan kaldırılmalıdır, yani piller, uzun ağaçların ve komşu binaların gölgesine düşmeyecek şekilde yönlendirilmelidir.
Bir dizi plakanın montajı sıralar halinde gerçekleştirilir, düzenlemeleri paraleldir, bu bağlamda, üst sıraların aşağıdakilere gölge düşürmemesini sağlamak son derece önemlidir. Bu gereklilik çok önemlidir, çünkü tam veya kısmi gölgeleme, herhangi bir enerji üretiminin azalmasına ve hatta tamamen kesilmesine neden olur, ayrıca, genellikle ekipmanın bozulmasına neden olan "ters akımlar" oluşumunun etkisi meydana gelebilir.

Güneş ışığına doğru yönlendirme, panellerin verimliliği ve etkinliği için kritik öneme sahiptir.

Yüzeyin olası tüm UV ışınlarını alması çok önemlidir. Doğru yönlendirme, binanın coğrafi konumuna ilişkin verilere dayalı olarak hesaplanır.

Örneğin, paneller binanın kuzey tarafına monte edilmişse, paneller güneye doğru yönlendirilmelidir.
Aynı derecede önemli olan, yapının genel eğim açısıdır, aynı zamanda yapının coğrafi yönelimi tarafından da belirlenir.Uzmanlar, bu göstergenin evin bulunduğu yerin enlemine karşılık gelmesi gerektiğini hesapladı ve yılın zamanına bağlı olarak güneş, ufkun üzerindeki konumunu birkaç kez değiştirdiğinden, son kurulum açısını ayarlamayı düşünmek mantıklı geliyor. piller. Genellikle düzeltme 12 dereceyi geçmez.

• Piller, onlara ücretsiz erişim sağlayacak şekilde döşenmelidir, çünkü soğuk kış aylarında, onları kar yağışından ve sıcak mevsimde - verimliliği önemli ölçüde azaltan yağmur lekelerinden periyodik olarak temizlemek gerekecektir. pil kullanmaktan.
• Bugüne kadar, satışta maliyet açısından farklılık gösteren birçok Çin ve Avrupa güneş paneli modeli vardır, böylece herkes bütçesine en uygun modeli kurabilir.

Sonuç olarak belirtmek gerekir ki bu enerji kaynağı çevreye kesinlikle herhangi bir zarar vermediği için güneş panellerinin kullanımından en büyük faydayı gezegenimiz alacaktır. Bir tüketici olarak Dünyamızın geleceğini, toprak kaynaklarının potansiyelini ve doğal kaynakların korunmasını önemsiyorsanız, güneş panelleri en iyi seçimdir.

Evin çatısına güneş pili nasıl kurulur, aşağıdaki videoya bakın.

Konuyla ilgili sonuç

Bir güneş enerjisi santralinin kurulumuna profesyonel bir yaklaşım, tüm faktörleri, nüansları dikkate almanıza ve can sıkıcı hatalardan kaçınmanıza izin verecektir.

Güneş panelleri kurmak için genel kurallar

Güneş panelleri kurarken, kombinasyonu nihai olarak kurulum yerini ve yöntemini belirleyen 5 faktörü dikkate almak gerekir:

1. Isı dağılımı
2. Gölge
3. Oryantasyon
4. Eğim
5. Hizmet için kullanılabilirlik

Yukarıda bahsedildiği gibi, ısı dağılımı pillerin performansının korunmasında önemli bir rol oynar. Panel ile kurulum düzlemi arasında bir havalandırma boşluğu bırakmak zorunludur ve ne kadar büyükse o kadar iyidir. Genellikle, panel ile düzlem arasına modülleri monte etmek için bir çerçeve veya çerçeve monte ederken, 5-10 santimetre bırakılır. Ayrı bir çerçeve veya çubuğa monte edildiğinde maksimum havalandırma sağlanır.

Ağaçlardan veya binalardan pilin üzerine düşen herhangi bir gölge, gölgeli hücreyi "kapatır", bu da pahalı tek kristal modüllerin bozulmasını hızlandırır ve çok kristalli modüllerde güç üretimini tamamen durdurur. Üreticiler, satın alırken dikkate alınması gereken elektrik devresinin kesintiye uğraması nedeniyle “sıcak nokta” riskini en aza indirmek için çeşitli yollar sunar. Ancak pili, "sert" gölgenin hiçbir şekilde üzerine düşmeyeceği şekilde takmak daha iyidir. Sis, bulutlar veya duman nedeniyle oluşan "yumuşak" gölge pile zarar vermez, yalnızca güç çıkışını azaltır.

Pili güneye yönlendirmeniz gerekir - bu nedenle güneşlenme maksimum olacaktır. Diğer tüm yükleme yöntemleri tavizlerdir ve bunları dikkate almamak daha iyidir. Modül satın almak için on binlerce ruble harcamak mantıksız olurdu, ancak pili güneşe değil de yönlendirmek mantıksız olurdu. Rusya Federasyonu'nun çeşitli bölgeleri için güneşlenme haritaları internette yayınlanır ve halka açıktır. Rusya'nın orta şeridi esas olarak 2. güneşlenme bölgesinde yer almaktadır, burada 1 metrekare. Uygun şekilde kurulmuş ideal bir güneş modülünün metre metresi 3 kWh/gün'e kadar üretebilir.

Yüzeyin hızlı bir şekilde temizlenmesi için bir pilin bulunması, bu basit işlemi uzmanların katılımı olmadan gerçekleştirmenize olanak tanır.Kışın, yüzey kardan, yazın - rüzgar ve yağmurun neden olduğu toz ve kirden arındırılmalıdır. Yakınlarda yapım aşamasında olan bir nesne varsa, modüllerin yüzeyi günlük olarak temizlenmelidir. Bunu yapmanın en kolay yolu, bir hortumdan veya herhangi bir pencere temizleme fırçasından su püskürtmektir.

Maksimum verimlilik nasıl elde edilir

Eviniz için güneş paneli satın alırken evinize yeterli gücü sağlayabilecek bir tasarım seçmeniz oldukça önemlidir. Bulutlu havalarda güneş panellerinin veriminin saatte 1 metrekare başına yaklaşık 40 W olduğuna inanılıyor.

Aslında, bulutlu havalarda, zemin seviyesindeki ışık gücü metrekare başına yaklaşık 200 watt'tır, ancak güneş ışığının %40'ı, güneş panellerinin duyarlı olmadığı kızılötesi radyasyondur. Pil verimliliğinin nadiren %25'i aştığını da dikkate almakta fayda var.

Bazen yoğun güneş ışığından gelen enerji metrekare başına 500 W'a ulaşabilir, ancak hesaplamalar, otonom güç kaynağı sistemini kesintisiz hale getirecek minimum rakamları dikkate almalıdır.

Yıllık ortalamayı alırsak, güneş her gün ortalama 9 saat parlıyor. Bir günde, dönüştürücünün yüzeyinin bir metrekaresi 1 kilovat elektrik üretebilir. Ev sakinleri tarafından günde yaklaşık 20 kilovat elektrik tüketiliyorsa, minimum güneş paneli alanı yaklaşık 40 metrekare olmalıdır.

Bununla birlikte, pratikte böyle bir elektrik tüketimi göstergesi nadirdir. Kural olarak, kiracılar günde 10 kW'a kadar kullanacaktır.

Güneş panellerinin kışın çalışıp çalışmadığı hakkında konuşursak, o zaman yılın bu zamanında gündüz saatlerinin süresinin büyük ölçüde azaldığını, ancak sisteme güçlü piller sağlarsanız, günde alınan enerjinin olması gerektiğini hatırlamakta fayda var. bir yedek pilin varlığı dikkate alınarak yeterlidir.

Güneş pili seçerken pillerin kapasitesine dikkat etmek çok önemlidir. Geceleri çalışan güneş panellerine ihtiyacınız varsa, yedek pilin kapasitesi önemli bir rol oynar. Ayrıca, cihaz sık sık şarj edilmeye karşı dayanıklı olmalıdır.

Ayrıca, cihaz sık sık şarj edilmeye karşı dayanıklı olmalıdır.

Güneş panelleri kurma maliyetinin 1 milyon rubleyi geçebilmesine rağmen, güneş enerjisi tamamen ücretsiz olduğu için maliyetler birkaç yıl içinde ödenecektir.

güneş pili nasıl çalışır

Dünyadaki tüm canlılar güneşin enerjisi sayesinde ortaya çıktı. Her saniye, güneş radyasyonu şeklinde gezegenin yüzeyine büyük miktarda enerji gelir. Biz evlerimizi ısıtmak için binlerce ton kömür ve petrol ürünü yakarken, ekvatora yakın ülkeler sıcaktan can çekişiyor. Güneşin enerjisini insan ihtiyaçları için kullanmak, meraklı zihinler için değerli bir görevdir. Bu yazıda, güneş ışığını elektrik enerjisine - bir güneş pili - doğrudan dönüştürücünün tasarımını ele alacağız.

İnce gofret, farklı fiziksel özelliklere sahip iki silikon katmanından oluşur. İç katman, delik iletkenliğine sahip saf tek kristal silikondur. Dışında, örneğin bir fosfor katkısı ile çok ince bir "kontamine" silikon tabakası ile kaplanmıştır.Plakanın arka tarafına sağlam bir metal kontak uygulanır. n- ve p-katmanlarının sınırında, yüklerin taşmasının bir sonucu olarak, n-'de telafi edilmemiş pozitif hacim yükü ile tükenmiş bölgeler oluşur.katman ve hacim negatif yükü p-layer'da. Bu bölgeler birlikte bir p-n bağlantısı oluşturur.

Bağlantı noktasında ortaya çıkan potansiyel bariyer, ana yük taşıyıcıların geçişini engeller, yani. p-tabakanın yanından elektronlar, ancak küçük taşıyıcıları zıt yönlerde serbestçe geçirirler. P-n bağlantılarının bu özelliği, güneş pillerini güneş ışığıyla ışınlarken foto-emf elde etme olasılığını belirler. SC aydınlatıldığında, soğurulan fotonlar dengede olmayan elektron deliği çiftleri üretir. p-n ekleminin yakınındaki p katmanında üretilen elektronlar, p-n eklemine yaklaşır ve içinde bulunan elektrik alanı tarafından n-bölgesine taşınır.

Benzer şekilde, n-katmanında oluşturulan fazla delikler kısmen p-katmanına aktarılır. Sonuç olarak, n-katmanı ek bir negatif yük alır ve p-katmanı pozitif bir yük alır. Yarı iletkenin p- ve n-katmanları arasındaki ilk temas potansiyeli farkı azalır ve dış devrede bir voltaj belirir. Akım kaynağının negatif kutbu n-katmanına ve p-katmanı pozitife karşılık gelir.

Çoğu modern güneş pili, tek bir p-n bağlantısına sahiptir. Böyle bir elementte, serbest yük taşıyıcıları, yalnızca enerjisi bant aralığından büyük veya ona eşit olan fotonlar tarafından oluşturulur. Başka bir deyişle, tek bir bağlantı hücresinin fotoelektrik tepkisi, güneş spektrumunun enerjisi bant aralığından daha yüksek olan kısmı ile sınırlıdır ve daha düşük enerjili fotonlar kullanılmaz.Bu sınırlama, farklı bant aralıklarına sahip iki veya daha fazla SC'nin çok katmanlı yapıları ile aşılabilir. Bu tür elemanlara çok eklemli, kademeli veya tandem denir. Güneş spektrumunun çok daha büyük bir kısmı ile çalıştıkları için daha yüksek fotovoltaik dönüşüm verimliliğine sahiptirler. Tipik bir çok eklemli güneş pilinde, tek fotoseller, güneş ışığı en büyük bant aralığı ile hücreye ilk önce çarpacak ve en yüksek enerjiye sahip fotonlar emilecek şekilde arka arkaya düzenlenir.

Piller güneş ışığından değil, prensipte güneş ışığından çalışır. Elektromanyetik radyasyon yılın herhangi bir zamanında dünyaya ulaşır. Sadece bulutlu havalarda daha az enerji üretilir. Örneğin, otonom güneş enerjisiyle çalışan ışıklar kurduk. Elbette pillerin tam olarak şarj olmak için zamanlarının olmadığı kısa dönemler de vardır. Ancak genel olarak, bu kış aylarında çok sık olmaz.

İlginç bir şekilde, güneş panelinin üzerine kar yağsa bile güneş enerjisini dönüştürmeye devam ediyor. Ve fotosellerin ısınması nedeniyle karın kendisi çözülür. Prensip, bir arabanın camını ısıtmakla aynıdır.

Güneş pili soğuk bulutsuz bir gün için mükemmel kış havası. Bazen böyle günlerde nesil kayıtları bile düzenlenebilir.

Kışın güneş panelinin verimi düşer. Moskova ve Moskova bölgesinde ayda ortalama 8 kat daha az elektrik üretiyor. Diyelim ki yaz aylarında evde bir buzdolabı, bilgisayar ve tavan aydınlatmasının çalışması için 1 kW enerjiye ihtiyaç var, daha sonra kışın güvenilirlik için 2 kW'a kadar stok yapmak daha iyi.

Aynı zamanda Uzak Doğu'da güneşlenme süresi daha uzundur, verimlilik sadece bir buçuk ila iki kat azalır. Ve elbette, daha güneyde, kış ve yaz arasındaki fark o kadar küçük olur.

Modüllerin eğim açısı da önemlidir. Evrensel açıyı tüm yıl için ayarlayabilirsiniz. Ve mevsime bağlı olarak her seferinde değiştirebilirsiniz. Bu, evin sahipleri tarafından değil, siteye giden uzmanlar tarafından yapılır.

Solar bağlantı seçenekleri

Güneş panelleri birkaç ayrı panelden oluşur. Sistemin çıkış parametrelerini güç, voltaj ve akım şeklinde artırmak için, elemanlar fizik yasaları uygulanarak birbirine bağlanır.

Birkaç panelin birbirine bağlantısı, üç güneş paneli montaj şemasından biri kullanılarak gerçekleştirilebilir:

• paralel;
• tutarlı;
• karışık.

Paralel devre, aynı adı taşıyan terminalleri birbirine bağlamayı içerir; burada, elemanlar iki ortak iletken yakınsama düğümüne ve dallarına sahiptir.

Paralel bir devre ile, artılar artılara ve eksiler eksilere bağlanır, bunun sonucunda çıkış akımı artar ve çıkış voltajı 12 volt içinde kalır.

Paralel bir devrede mümkün olan maksimum çıkış akımının değeri, bağlı elemanların sayısı ile doğru orantılıdır. Miktarın hesaplanmasına ilişkin esaslar önerdiğimiz yazıda verilmiştir.

Seri devre, zıt kutupların bağlantısını içerir: ilk panelin "artı", ikincinin "eksi" sine. İkinci panelin kalan kullanılmayan "artı"sı ve birinci pilin "eksi"si, devre boyunca daha ileride bulunan kontrolöre bağlanır.

Bu bağlantı türü, enerji taşıyıcısını kaynaktan tüketiciye aktarmanın tek bir yolunun olduğu elektrik akımı akışı için koşullar yaratır.

Seri bağlantı ile çıkış voltajı artar ve portatif ekipmana, LED lambalara ve bazı elektrik alıcılarına güç sağlamak için yeterli olan 24 volta ulaşır.

Seri-paralel veya karışık devre, çoğunlukla birkaç pil grubunu bağlamak gerektiğinde kullanılır. Bu devre uygulanarak çıkışta hem gerilim hem de akım arttırılabilir.

Seri paralel bağlantı şemasıyla, çıkış voltajı, özellikleri ev işlerinin çoğunu çözmek için en uygun olan bir işarete ulaşır.

Bu seçenek, sistemin yapısal elemanlarından birinin arızalanması durumunda diğer bağlantı zincirlerinin çalışmaya devam etmesi anlamında da faydalıdır. Bu, tüm sistemin güvenilirliğini önemli ölçüde artırır.

Resim Galerisi

Fotoğraf

Güneş Pillerini Bağlama

İhtiyaca göre panel sayısı

Güneş enerjisi cihazlarının seri bağlantısı

Aydınlatma armatürlerine doğrudan bağlantı

Kombine devre kurma ilkesi, her gruptaki cihazların paralel bağlanmasına dayanır. Ve tüm grupların tek bir devrede bağlantısı sırayla gerçekleştirilir.

Farklı bağlantı türlerini birleştirerek, gerekli parametrelere sahip bir pil monte etmek zor olmayacaktır. Ana şey, bağlı hücre sayısının, şarj devresindeki düşüşü dikkate alınarak pillere sağlanan çalışma voltajının, pillerin voltajını ve aynı zamanda pilin yük akımını aşacak şekilde olması gerektiğidir. zaman gerekli miktarda şarj akımı sağlar.