ההמרה האפקטיבית של קרני השמש החופשיות לאנרגיה שיכולה לשמש להפעלת דיור ומתקנים אחרים היא חלומה היקר של הרבה מתנצלנים לאנרגיה ירוקה.
אולם עקרון פעולת הסוללה הסולארית, ויעילותה הם כאלה שאין צורך לדבר על היעילות הגבוהה של מערכות כאלה. יהיה נחמד שיהיה לך מקור חשמל נוסף משלך. לא כך? יתרה מזו, גם כיום ברוסיה, בעזרת פאנלים סולאריים, מספר לא מבוטל של משקי בית פרטיים מסופקים בהצלחה עם חשמל "בחינם". אתה עדיין לא יודע איפה להתחיל?
להלן נספר לכם על המכשיר ועל עקרונות הפעולה של לוח השמש, תוכלו לגלות במה תלויה היעילות של מערכת השמש. והסרטונים שפורסמו במאמר יעזרו להרכיב באופן אישי פאנל סולארי מתאי צילום.
פאנלים סולאריים: טרמינולוגיה
בנושא "אנרגיה סולארית" יש המון ניואנסים ובלבול. לרוב קשה למתחילים להבין את כל המונחים הלא מוכרים בהתחלה. אך בלי זה, עיסוק באנרגיה סולארית, רכישת ציוד לייצור זרם "סולארי", אינו סביר.
בלי לדעת, אתה יכול לא רק לבחור את הלוח השגוי, אלא פשוט לשרוף אותו כשאתה מחובר או לחלץ ממנו מעט מדי אנרגיה.
גלריית תמונות
תמונה מאת
התקנה מלוחות סולאריים מאפשרת לכם להשתמש באופן רציונלי באנרגיה החופשית, יתר על כן, בלתי נדלית של אור השמש
תחנות כוח זעירות המורכבות מלוחות סולאריים יספקו אנרגיה לחפצים ובתים שאינם חשמליים הממוקמים באזורים עם הפרעות באספקת החשמל.
מתקנים המעבדים קרינת UV לחשמל תופסים מינימום מקום. הם ממוקמים על גגות בתים, בנייני חוץ, מוסכים, סורגים, מרפסות. פחות נפוץ, הם ממוקמים בשטחים פתוחים שאינם תפוסים על ידי בניינים ונטיעות.
פאנלים סולאריים הם ציוד חיוני לחובבי הנסיעות. זה יספק אנרגיה הרחק ממקורות כוח
השימוש באנרגיה סולארית יספק הזדמנות להפחית משמעותית את עלויות התחזוקה של קוטג'ים ובתי כפרי. אתה יכול להרכיב ולהתקין מערכת חסכונית ללא קושי במו ידיך
הלוחות הסולאריים הממוקמים ביריד היאכטה, סיפון הספינה או קשת הסירה יספקו כוח חשמלי שבזכותם ניתן לשמור על תקשורת יציבה עם החוף.
פאנל סולארי נייד עם סוללה מבטל את התרחשותם של מצבים קיצוניים רחוקים מהתנחלויות, מבטיח טעינה של מכשירים ניידים לתקשורת עם יקיריהם.
מטענים קלים וקומפקטיים, המונעים על ידי השמש, המיועדים במיוחד לטיולים רגליים יספקו אנרגיה לטלפונים, מכשירי קשר, טאבלטים וטכנולוגיית מדיה.
שימוש רציונלי במשאבי טבע
אספקת אנרגיה למתקנים שאינם חשמליים
התקנת פאנלים סולאריים על הגג
קמפינג סוללה סולארית ניידת
התקנה עצמאית באזור הפרברים
מחולל כוח בנסיעות בסירות
פאנל סולארי נייד עם סוללה
התקן חוסך מקום מינימלי
ראשית עליכם להבין את סוגי הציוד הקיימים לאנרגיה סולארית. פאנלים סולאריים וקולטני שמש הם שני מכשירים שונים זה מזה. שניהם הופכים את האנרגיה של קרני השמש.
עם זאת, במקרה הראשון הצרכן מקבל אנרגיה חשמלית בשקע, ובמקרה השני האנרגיה התרמית בצורה של נוזל קירור מחומם, כלומר פאנלים סולאריים משמשים לחימום בית.
את ההחזר המרבי מלוח השמש ניתן להשיג רק על ידי ידיעה כיצד הוא עובד, מאילו רכיבים ורכיבים הוא מורכב ואיך הכל מתחבר נכון
הניואנס השני הוא מושג המונח "סוללה סולארית" עצמה. בדרך כלל, המילה "סוללה" מתייחסת למכשיר כלשהו לאחסון אנרגיה. או שמגיע לראשך רדיאטור חימום בנאלי. עם זאת, במקרה של סוללות סולאריות המצב שונה בתכלית. הם לא צוברים דבר בעצמם.
לוח השמש מייצר זרם חשמלי קבוע. כדי להמיר אותו למשתנה (המשמש בחיי היומיום), חייבים להיות מהפך במעגל
פאנלים סולאריים מיועדים אך ורק לייצור זרם חשמלי. זה, בתורו, מצטבר לאספקת חשמל לבית בלילה, כשהשמש שוקעת מעבר לאופק, כבר בסוללות הקיימות בנוסף לתכנית אספקת האנרגיה של האובייקט.
הסוללה כאן משתמעת בהקשר של שילוב מסוים של אותו סוג של רכיבים המורכבים לכדי שלם אחד. למעשה, זה רק פאנל של כמה תאים פוטנציאליים זהים.
המבנה הפנימי של סוללת השמש
בהדרגה, לוחות סולאריים נעשים זולים ויעילים יותר. כעת הם משמשים להטענת סוללות בפנסי רחוב, סמארטפונים, מכוניות חשמליות, בתים פרטיים ולוויינים בחלל. הם אפילו החלו להקים תחנות כוח סולאריות מן המניין (SES) בהיקפי ייצור גדולים.
התא השמש מורכב מתאי פוטו רבים (ממירים פוטו-וולטאיים של תאים פוטו-וולטאים) הממירים את האנרגיה של פוטונים מהשמש לחשמל
כל סוללה סולארית מסודרת כבלוק של מספר עשיר של מודולים המשלבים תאי פוטו מוליכים למחצה המחוברים בסדרה. כדי להבין את עקרונות הפעולה של סוללה כזו, יש צורך להבין את פעולת הקישור הסופי הזה במכשיר הפאנל הסולארי שנוצר על בסיס מוליכים למחצה.
סוגי גבישים של תאי פוטו
יש הרבה אפשרויות לתאים סולאריים מאלמנטים כימיים שונים. עם זאת, רובם הם פיתוח בשלבים ראשוניים. עד כה מיוצרים כרגע רק לוחות תאים סולאריים מבוססי סיליקון בקנה מידה תעשייתי.
מוליכים למחצה סיליקון משמשים לייצור תאים סולאריים בגלל עלותם הנמוכה; הם אינם יכולים להתפאר ביעילות גבוהה במיוחד
תא סולרי נפוץ בלוח סולארי הוא פלטה דקה של שתי שכבות סיליקון, שלכל אחת מהן תכונות פיזיקליות משלה. זהו צומת pn מוליכים למחצה מוליכים למחצה עם זוגות חור אלקטרונים.
כאשר פוטונים נכנסים ל- PEC בין שכבות אלה של מוליכים למחצה בגלל חוסר ההומוגניות של הגביש, נוצר צילום-EMF שער, מה שמביא להבדל פוטנציאלי וזרם אלקטרונים.
פרוסות סיליקון של תאים סולאריים שונות בטכנולוגיית הייצור עבור:
- מונוקריסטלי.
- פולי-קריסטל.
לראשונים יש יעילות גבוהה יותר, אך עלות ייצורם גבוהה יותר מזו של האחרונים. מבחינה חיצונית ניתן להבחין באפשרות אחת מאחת על לוח השמש לפי צורה.
גלריית תמונות
תמונה מאת
תחנת כוח הליו באזור פרברי
תאים סולאריים מונוקריסטליים
המראה של תאים סולאריים על גבי גבישים בודדים
יחידת שמש מונו-קריסטלית
אספקת פאנל סולארי מוכן להתקנה
תא סולארי פוליק-גבישי
סוללת תא סולארית פולי-קריסטלית
ייצור תאים סולאריים DIY
PECs גבישים יחידים הם בעלי מבנה אחיד, הם עשויים בצורת ריבועים עם פינות חתוכות. לעומת זאת, לאלמנטים פולי-קריסטליים יש צורה מרובעת לחלוטין.
גבישי פוליקר מתקבלים על ידי קירור בהדרגה של סיליקון מותך. שיטה זו היא פשוטה ביותר, ולכן תאים פוטנציאליים כאלה אינם יקרים.
אבל בפריון במונחים של ייצור חשמל מאור השמש הם כמעט ולא עולים על 15%. זה נובע מ"טומאה "של פרוסות הסיליקון המתקבלות והמבנה הפנימי שלהן. כאן, ככל ששכבת ה- p סיליקון טהורה יותר, כך היעילות של ה- PEC ממנה גבוהה יותר.
טוהרם של גבישים בודדים מהבחינה הזו גבוה בהרבה מזה של אנלוגים אנכי-גבישי. הם עשויים לא ממותך, אלא מקריסטל סיליקון מלא שגדל באופן מלאכותי. מקדם ההמרה הפוטו-וולטאי של תאים סולריים כאלה מגיע כבר ל 20-22%.
במודול משותף, תאי פוטו בודדים מורכבים על גבי מסגרת אלומיניום, וכדי להגן עליהם מלמעלה הם נסגרים בזכוכית עמידה, מה שלא מפריע לקרני השמש בכלל.
השכבה העליונה של לוחית השמש הפונה לשמש עשויה מאותו סיליקון, אך בתוספת זרחן. זה האחרון יהיה המקור לעודף אלקטרונים במערכת צומת ה- pn.
פיתוח לוחות גמישים עם סיליקון פוטואלקטרי אמורפי הפך לפריצת דרך אמיתית בתחום השימוש באנרגיה סולארית:
גלריית תמונות
תמונה מאת
אפשרות סולארית גמישה
מדבקת תא פוטו גמישה על התריסים
מטען טלפון נייד גמיש
עמיד בפני לחץ מכני
עקרון הפעולה של לוח השמש
כאשר אור השמש נופל על תא פוטון, נוצרים בו זוגות חור של אלקטרונים שאינם מאוימים. עודף אלקטרונים ו"חורים "מועברים באופן חלקי דרך צומת ה- pn משכבה מוליכים למחצה לשנייה.
כתוצאה מכך מופיע מתח במעגל החיצוני. במקרה זה, נוצר מוט חיובי של המקור הנוכחי במגע של שכבת p, וקוטב שלילי בשכבה n.
ההבדל הפוטנציאלי (מתח) בין המגעים של תא התא מופיע כתוצאה משינוי במספר ה"חורים "והאלקטרונים מצדדים שונים של צומת ה- p-n כתוצאה מהקרנת שכבת ה- n על ידי קרני השמש.
תאי הצילום המחוברים לעומס חיצוני בצורה של סוללה יוצרים עיגול קסמים איתו. כתוצאה מכך, לוח השמש עובד כמו סוג של גלגל שלאורכו אלקטרונים "רצים" לאורך חלבונים. והסוללה הנטענת צוברת בהדרגה טעינה.
תאים פוטו-וולטאיים סטנדרטיים מסיליקון הם תאי צומת יחיד. העברת האלקטרונים לתוכם מתרחשת רק דרך צומת p-n אחת עם אזור של מעבר זה מוגבל באנרגיה פוטון.
כלומר, כל תא פוטו כזה מסוגל לייצר חשמל רק מספקטרום צר של קרינת שמש. כל האנרגיה האחרת מבוזבזת. לכן היעילות של תאים סולאריים כה נמוכה.
כדי להגביר את היעילות של תאים סולאריים, אלמנטים מוליכים למחצה סיליקון עבורם נעשו לאחרונה לרב-צומת (אשד). ב- FEP החדש יש כבר מספר מעברים. יתרה מזאת, כל אחד מהם במפל זה מיועד לספקטרום האור האישי שלו.
היעילות הכוללת של המרת פוטונים לזרם חשמלי בתאי פוטו כאלה עולה בסופו של דבר. אבל מחירם הרבה יותר גבוה. כאן קלות ייצור עם עלות נמוכה ויעילות נמוכה, או תשואות גבוהות יותר יחד עם עלות גבוהה.
הסוללה הסולארית יכולה לעבוד גם בקיץ וגם בחורף (היא זקוקה לאור, לא חום) - ככל שהעננות והשמש זורחות בהירים יותר, כך הפאנל הסולארי יפיק זרם חשמלי יותר.
במהלך הפעולה מתחממים בהדרגה תא התא פוטו והסוללה כולה. כל האנרגיה שלא עברה לייצור זרם חשמלי הופכת לחום. לעתים קרובות הטמפרטורה על פני ההליופנל עולה ל 50-55 מעלות צלזיוס. אך ככל שהוא גבוה יותר, התא הפוטוולטאי עובד פחות.
כתוצאה מכך, אותו דגם של סוללה סולרית מייצר פחות זרם בחום מאשר במזג אוויר קר. תאי צילום מראים יעילות מקסימאלית ביום חורפי בהיר. שני גורמים משפיעים על זה - הרבה שמש וקירור טבעי.
יתר על כן, אם יורד שלג על הפאנל, הוא ימשיך לייצר חשמל בכל מקרה. יתרה מזאת, לפתיתים שלג אין אפילו זמן לשכב עליו, שנמס מחום של תאי פוטו מחוממים.
יעילות סוללה סולארית
תא צילום אחד אפילו בצהריים במזג אוויר צלול מוציא לא מעט חשמל, רק מספיק כדי שפנס LED יעבוד.
כדי להגדיל את כוח הפלט, משולבים כמה תאים סולאריים במעגל מקביל להגברת מתח DC ובסדרות להגדלת חוזק הזרם.
היעילות של פאנלים סולאריים תלויה ב:
- טמפרטורת האוויר והסוללה עצמה;
- הבחירה הנכונה של עמידות בפני עומס;
- זווית השכיחות של אור השמש;
- נוכחות / היעדר ציפוי אנטי רפלקטיבי;
- כוחו של זרם קל.
ככל שהטמפרטורה ברחוב נמוכה יותר, כך יעילות התאים הפוטנציאליים והסוללה הסולארית בכללותה. הכל פשוט כאן. אך עם חישוב העומס המצב מורכב יותר. יש לבחור אותו על סמך הזרם שנוצר על ידי החלונית. אך ערכו משתנה בהתאם לגורמי מזג האוויר.
הליופנלים מיוצרים עם מכפיל מתח פלט של 12 וולט - אם יש לספק 24 וולט לסוללה, אז יהיה צורך לחבר אליו שני לוחות במקביל.
זה בעייתי לפקח כל הזמן על הפרמטרים של סוללת השמש ולהתאים ידנית את פעולתה. לשם כך, עדיף להשתמש בבקר שליטה, המתאים אוטומטית את הגדרות לוח השמש עצמו בכדי להשיג ביצועים מרביים ממנו ומצבי הפעלה אופטימליים.
זווית השכיחות האידיאלית של קרני השמש בתא השמש היא ישר. עם זאת, כאשר הסטייה היא בטווח של 30 מעלות מהניצב, יעילות הלוח נופלת רק סביב 5%. אך עם עלייה נוספת בזווית זו, ישתקף שיעור הולך וגדל של קרינת השמש, ובכך יפחית את היעילות של תאי השמש.
אם הסוללה נדרשת לתת אנרגיה מרבית בקיץ, עליה להיות מכוונת בניצב למקומה הממוצע של השמש, אותה היא תופסת בימי השוויון באביב ובסתיו.
עבור אזור מוסקבה, הוא 40-45 מעלות לאופק. אם יש צורך במקסימום בחורף, יש להציב את הפאנל במצב אנכי יותר.
ודבר אחד נוסף - אבק ולכלוך מקטינים מאוד את הביצועים של תאים סולאריים. פוטונים דרך מחסום "מלוכלך" כזה פשוט לא מגיעים אליהם, מה שאומר שאין מה להמיר לחשמל. יש לשטוף פנלים באופן קבוע או למקם אותם כך שאבק יישטף על ידי הגשם בכוחות עצמם.
לחלק מהתאים הסולאריים יש עדשות מובנות לריכוז קרינה בתאי השמש. במזג אוויר צלול הדבר מוביל ליעילות מוגברת. עם זאת, עם כיסוי ענן כבד, עדשות אלה רק פוגעות.
אם לוח קונבנציונאלי במצב כזה ימשיך לייצר זרם, גם אם בנפחים קטנים יותר, אז דגם העדשות יפסיק לעבוד כמעט לחלוטין.
באופן אידיאלי, יש להאיר את השמש מסוללת תא סולארית באופן שווה. אם יתגלה שאחד מקטעייו מושחר, ה- PEC הלא מואר הופך לעומס טפילי. לא רק שהם לא מייצרים אנרגיה במצב כזה, אלא שהם גם מורידים אותה מגורמים עובדים.
יש להתקין את הלוחות כך שלא יהיו עצים, בניינים או מכשולים אחרים בנתיב קרני השמש.
ערכת חשמל של הבית מהשמש
מערכת האנרגיה הסולארית כוללת:
- פנלים סולאריים.
- בקר.
- מצברים
- מהפך (שנאי).
הבקר במעגל זה מגן על פאנלים סולאריים וגם על סוללות. מצד אחד הוא מונע מזרמים הפוכים לזרום בלילה ובמזג אוויר מעונן, ומצד שני הוא מגן על סוללות מפני טעינה / פריקה מוגזמת.
יש לבחור בסוללות לפאנלים סולאריים זהים בגילם ובקיבולתם, אחרת טעינה / פריקה תתרחש בצורה לא אחידה, מה שיוביל לירידה חדה בחיי השירות שלהם
כדי להפוך זרם ישר של 12, 24 או 48 וולט לסוללה של 220 וולט יש צורך במהפך.לא מומלץ להשתמש בסוללות רכב בתכנית כזו בגלל אי יכולתן לעמוד בתשלום יתר בתדירות גבוהה. עדיף לבזבז כסף ולרכוש סוללות הליום AGM מיוחדות או סוללות OPzS מונחות.
עקרונות הפעולה ותרשים החיבור של לוחות סולאריים אינם מסובכים מכדי להבין. ועם חומרי הווידיאו שנאספו על ידינו למטה, יהיה קל אפילו יותר להבין את כל המורכבויות של תפקוד והתקנת לוחות סולאריים.
זה נגיש ומובן כיצד פועלת הסוללה הסולארית הפוטו-וולטאית, בכל הפרטים:
כיצד מסדרים פאנלים סולאריים, ראו את הסרטון הבא:
הרכבה DIY של פאנל סולארי מתאי פוטו:
יש לבחור כל רכיב במערכת האנרגיה הסולארית של הקוטג '. הפסדי חשמל בלתי נמנע מתרחשים בסוללות, שנאים ובקר. ויש להפחיתם למינימום, אחרת היעילות הנמוכה מספיק של לוחות סולאריים תקטן לאפס באופן כללי.
במהלך חקר החומר היו שאלות? או שאתה מכיר מידע חשוב בנושא המאמר ויכול לספר אותו לקוראים שלנו? אנא השאר את התגובות שלך בתיבה למטה.