Рубрики
Электротехнические новинки

Как устроены и работают солнечные батареи

В наше время фактически каждый может собрать и получить в свое распоряжение собственный независящий источник электроэнергии на солнечных батареях (в научной литературе они именуются

Как устроены и работают солнечные батареиВ наше время фактически каждый может собрать и получить в свое распоряжение собственный независящий источник электроэнергии на солнечных батареях (в научной литературе они именуются фотоэлектрическими панелями).

Дорогостоящее оборудование с течением времени компенсируется возможностью получать бесплатную электроэнергию. Принципиально, что солнечные батареи — это экологически незапятнанный источник энергии. За последние годы цены на фотоэлектрические панели свалились в 10-ки раз и они продолжают понижаться, что гласит о огромных перспективах при их использовании.

В традиционном виде таковой источник электроэнергии будет состоять из последующих частей: конкретно, солнечной батареи (генератора неизменного тока), аккума с устройством контроля заряда и инвертора, который конвертирует неизменный ток в переменный.

Солнечные батареи состоят из набора солнечных частей (фотоэлектрических преобразователей), которые конкретно конвертируют солнечную энергию в электронную.

Большая часть солнечных частей создают из кремния, который имеет достаточно высшую цена. Данный факт обусловят высшую цена электронной энергии, которая выходит при использовании солнечных батарей.

Как устроены и работают солнечные батареиВсераспространены два вида фотоэлектрических преобразователей: изготовленные из монокристаллического и поликристаллического кремния. Они отличаются технологией производства. 1-ые имеют кпд до 17,5%, а 2-ые — 15%.

Более принципиальным техническим параметром солнечной батареи, которая оказывает основное воздействие на экономичность всей установки, является ее нужная мощность. Она определяется напряжением и выходным током. Эти характеристики зависят от интенсивности солнечного света, попадающего на батарею.

Э.д.с. (электродвижущая сила) отдельных солнечных частей не находится в зависимости от их площади и понижается при нагревании батареи солнцем, приблизительно на 0,4% на 1 гр. С. Выходной ток находится в зависимости от интенсивности солнечного излучения и размера солнечных частей. Чем ярче солнечный свет, тем больший ток генерируется солнечными элементами. Зарядный ток и отдаваемая мощность в облачную погоду резко понижается. Это происходит за счет уменьшения отдаваемой батареей тока.

Если освещенная солнцем батарея замкнута на какую или нагрузку с сопротивлением Rн, то в цепи возникает электронный ток I, величина которого определяется качеством фотоэлектрического преобразователя, интенсивностью освещения и сопротивлением нагрузки. Мощность Pн, которая выделяется в нагрузке определяется произведением Pн = IнUн, где Uн напряжение на зажимах батареи.

Как устроены и работают солнечные батареиБольшая мощность выделяется в нагрузке при неком рациональном ее сопротивлении Rопт, которое соответствует большему коэффициенту полезного деяния (кпд) преобразования световой энергии в электронную. Для каждого преобразователя имеется свое значение Rопт, которая находится в зависимости от свойства, размера рабочей поверхности и степени освещенности.

Солнечная батарея состоит из отдельных солнечных частей, которые соединяются поочередно и параллельно для того, чтоб прирастить выходные характеристики (ток, напряжение и мощность). При поочередном соединении частей возрастает выходное напряжение, при параллельном — выходной ток. Для того, чтоб прирастить и ток и напряжение сочетают два этих метода соединения. Не считая того, при таком методе соединения выход из строя 1-го из солнечных частей не приводит в выходу из строя всей цепочки, т.е. увеличивает надежность работы всей батареи.

Таким макаром, солнечная батарея состоит из параллельно-последовательно соединенных солнечных частей. Величина очень вероятного тока отдаваемого батареей прямо пропорциональна числу параллельно включенных, а э.д.с. — поочередно включенных солнечных частей. Так сочитая типы соединения собирают батарею с требуемыми параметрами.

Как устроены и работают солнечные батареиСолнечные элементы батареи шунтируются диодиками. Обычно их 4 — по одному, на каждую ¼ часть батареи. Диоды защищают от выхода из строя части батареи, которые по некий причине оказались затемненными, т. е. если в некий момент времени свет на их не попадает. Батарея при всем этом временно генерирует на 25% наименьшую выходную мощность, чем при обычном освещении солнцем всей поверхности батареи.

При отсутствии диодов эти солнечные элементы будут перенагреваться и выходить из строя, потому что они на время затемнения преобразуются в потребителей тока (батареи разряжаются через солнечные элементы), а при использовании диодов, они шунтируются и ток через их не идет. Диоды должны быть низкоомными, чтоб уменьшить на их падение напряжения. Для этих целей в ближайшее время употребляют диоды Шоттки.

Получаемая электронная энергия скапливается в аккумах, а потом отдается в нагрузку. Батареи — хим источники тока. Заряд аккума происходит тогда, когда к нему приложен потенциал, который больше напряжения аккума.

Число поочередно и параллельно соединенных солнечных частей должно быть таким, чтоб рабочее напряжение подводимое к аккумам с учетом падения напряжения в зарядной цепи малость превышало напряжение аккумов, а нагрузочный ток батареи обеспечивал требуемую величину зарядного тока.

К примеру, для зарядки свинцовой аккумуляторной батареи 12 В нужно иметь солнечную батарею состоящую из 36 частей.

Как устроены и работают солнечные батареиПри слабеньком солнечном свете заряд аккумуляторной батареи миниатюризируется и батарея дает электронную энергию электроприемнику, т.е. аккумуляторные батареи повсевременно работают в режиме разряда и подзаряда.

Это процесс контролируется особым контроллером. При повторяющемся заряде требуется неизменное напряжение либо неизменный ток заряда.

При неплохой освещенности аккумуляторная батарея стремительно заряжается до 90% собственной номинальной емкости, а потом с наименьшей скоростью заряда до полной емкости. Переключение на наименьшую скорость заряда делается контроллером зарядного устройства.

Более отлично внедрение особых аккумов — гелевых (в батарее в качестве электролита применяется серная кислота) и свинцовыех батарей, которые сделанны по AGM-технологии. Этим батареям не необходимы особые условия для установки и не требуется сервис. Паспортный срок службы таких батарей — 10 — 12 лет при глубине разряда менее 20%. Аккумуляторные батареи никогда не должны разряжаться ниже этого значения, по другому их срок службы резко сокращается!

Аккумулятор подсоединяется к солнечной батарее через контроллер, который держит под контролем ее заряд. При заряде батареи на полную мощность к солнечной батареи подключается резистор, который поглощает сверхизбыточную мощность.

Для того чтоб конвертировать неизменное напряжение от аккумуляторной батареи в переменное напряжение, которой можно использовать для питания большинства электроприемников вместе с солнечной батарей можно использовать особые устройства — инвертеры.

Без использования инвертера от солнечной батареи можно питать электроприемники, работающие на неизменном напряжении, в т.ч. различную портативную технику, энергосберегающие источники света, к примеру, те же светодиодные лампы.

Андрей Повный, Электрик Инфо