все про альтернативный источник энергии — solar-energ.ru. Как сделать солнечную батарею из простых подручных средств

Иногда сделать своими руками солнечную батарею бывает необходимо. Мы расскажем, как, из чего и для каких целей можно использовать самодельную СБ.

Людей, которые бы желали жить в экологически чистом месте, вдали от шума цивилизации, становится все больше. Развитая промышленность загрязняет воздух и окружающую среду и вызывает распространение многих болезней, ослабляя иммунитет. Но отъезд подальше от города имеет некоторые сложности, в первую очередь это связано с отсутствием электроснабжения некоторых участков. Жить же в наше время без электричества практически невозможно. На Западе данная проблема решается установкой ветрогенератора, но этот способ имеет свои сложности. В первую очередь дело в дороговизне оборудования. К тому же, чтоб обеспечить целый дом, потребуется не один, а как минимум несколько генераторов. Одним из самых эффективных способов обеспечения электроэнергии дома считается использование солнечных батарей. Небольшую солнечную батарею можно построить своими руками, ведь заводские варианты не дешевы.

Узнаем, как сделать солнечную батарею

Основные элементы: где достать

По сути, солнечная батарея представляет собой контейнер, в котором располагают массив элементов, преобразующих энергию Солнца в электричество. Мы не зря употребили слово «массив». Дело в том, что чтобы обеспечить даже самый маленький домик энергией, элементов должно быть достаточно много.

А так как эти элементы имеют весьма хрупкую структуру, контейнер должен обеспечить их механическую защиту. Кроме того, в контейнере все элементы объединяются в один. Принцип работы батареи не сложен. Поэтому сделать ее можно и самостоятельно.

Для этого все-таки надо изучить теоретическую часть, так как солнечные батареи мало кто делает самостоятельно. Отсюда, кстати, и мнение, что сделать их сложно. Но на самом деле это не так. Основные выводы, полученные после изучения материала о создании данного источника электроэнергии, следующие:

1. Самое главное – приобрести солнечные элементы, и желательно по доступной цене.
2. Можно использовать бывшие в употреблении запчасти, ввиду высокой стоимости новых.
3. Купить пластины, которые обладают небольшими повреждениями, можно на аукционах или по рекламе.

Таким образом, на солнечных элементах вполне можно сэкономить. А уж сделать своими руками контейнер не составит трудности.

Солнечные элементы

Принцип работы

Если вы раньше особо не вникали в вопрос, как сделать солнечную батарею, то в первую очередь следует понять принцип ее работы. Если понять принцип, как она работает, то и вопрос, как ее сделать своими руками, не поставит вас в тупик. На самом деле ее конструкция вполне проста.

Как мы писали выше, солнечная батарея (СБ) — это некоторое количество фотоэлектрических преобразователей энергии, сделанных из кремния для генерации постоянного тока. Все элементы соединены и установлены в контейнере.

Преобразователи бывают трёх видов:

• монокристаллические;
• поликристаллические;
• аморфные или тонкопленочные.

Фотоэлектрический эффект представляет собой следующее: свет от Солнца падает на фотоэлементы, после чего выбивает свободные электроны с последних орбит каждого атома кремниевой пластины. Свободные электроны начинают перемещаться между электродами, тем самым вырабатывая постоянный ток. Постоянный ток, в свою очередь, преобразовывается в переменный, которым и будет оснащаться здание.

схема преобразования солнечной энергии в элементах

Как правильно подобрать фотоэлемент

Так как фотоэлементы бывают аморфные, поликристаллические и монокристаллические, можно выбрать один из этих трех вариантов. Желательно это сделать до начала проектной работы. Рассмотрим основные характеристики каждого из видов.

1. Монокристаллические имеют КПД 12-14%, но являются самыми чувствительными к лучам света. Если в вашей местности солнечных дней не так много, лучше этот вариант не рассматривать. Небольшая облачность способна существенно снизить КПД. Срок эксплуатации составляет 30 лет.
2. Аморфные в своем составе имеют гибкий кремень. Их КПД составляет около 10%. Их производительность электричества не снижается даже в плохих погодных условиях. Однако они очень дороги, да и достать их бывает непросто.
3. Поликристаллические имеют КПД до 9%. Они весьма доступны, их производительность не зависит от облачности, но срок эксплуатации меньше на треть – до 20 лет.

В специализированных магазинах можно найти любой из этих вариантов. Если же вы хотите немного сэкономить, выбирайте второй сорт. Эти элементы будут иметь небольшие дефекты, но на работе прибора это не скажется. Иногда цена на б. у. части ниже в 2-3 раза, что позволяет сэкономить должным образом, делая работу самостоятельно.

Как расположить для улучшения КПД

Так как КПД зависит в первую очередь от света, при выборе места под ваше устройство необходимо пользоваться следующим принципом: установку стоит проводить как можно выше. Именно поэтому устройства располагают чаще всего на крыше здания. Однако иногда бывает так, что дом при строительстве не рассчитан на больший вес, а данный способ получения электричества требует более крепких перекрытий. Тогда следует выбирать место на земле, которое в течение дня постоянно освещено.

Как расположить солнечную батарею

Что же касается угла падения лучей, то установку лучше ставить так, чтоб они падали перпендикулярно. В современных заводских установках владелец может корректировать угол наклона платформы. Сделать же это в самодельных вариантах не просто.

Угол наклона определяется как географическим месторасположением участка, так и уровнем солнцестояния на местности.

Самостоятельная работа

как сделать солнечную батарею

Сразу хочется сказать – не особо надейтесь, что сможете сами построить устройство, которое полностью покроет все расходы дома, и обеспечит здание электричеством в 220 Вольт. Размеры такой установки были бы огромны, ведь одна пластина генерирует электрический ток с напряжением всего 0,5 В. Оптимально для самоделки – номинальное напряжение в 18 вольт. На этот показатель мы и будем ориентироваться, рассчитывая необходимое количество фотоэлементов для батареи.

Важно: Корпус устройства представляет простой неглубокий ящик. Бортики лучше сделать как можно меньше, чтобы они не создавали тень. Материалом для него может быть фанера и рейки.

Бортики для лучшего крепления садим на клей и привинчиваем саморезами. Чтобы блоки было проще спаять, ящик делим на две части с помощью планки, зафиксированной по центру ящика.

Собираем каркас для фотоэлементов

каркас для фотоэлементов солнечной батареи из профиля

Защитная рамка или каркас – важнейшая часть устройства. Для ее создания в домашних условиях можно использовать алюминиевые уголки 30х30 мм или деревянные бруски.

Если вы решили использовать металлический профиль, фаска снимается напильником под углом 45 градусов. После того, как все части каркаса выпилены, они соединяются с помощью уголков. Защитное стекло приклеивается на готовый каркас с помощью силикона.

Важно: Функцию подложек могут выполнять два вырезанных куска ДВП. На них и будут крепиться солнечные элементы. Вместо ДВП можно использовать любой тонкий материал, обладающий жесткостью и не проводящий электрический ток.

Как соединять пластины

Чтобы правильно соединить пластины, надо знать некоторые принципы:

1. Для увеличения напряжения в домашних условиях, при спаивании пластин нужно знать, что для увеличения напряжения соединять их надо последовательно, а для увеличения силы тока — параллельно.
2. Промежуток между кремниевыми пластинами должен составлять 5 мм с каждой стороны. Это необходимо, так как при нагреве пластины могут расширяться.
3. Каждый преобразователь имеют две дорожки: с одной стороны у них будет «плюс», с другой — «минус». Соединением все детали последовательно в единую цепь.
4. Проводники с последних компонентов цепи надо вывести на общую шину.

Важно: чтобы избежать саморазряда устройства в ночное время или облачную погоду, можно сделать монтаж диода Шоттки 31DQ03 или другого аналога на контакт от «средней» точки.

Когда все работы по спайке закончены, с помощью мультиметра можно проверить выходное напряжение. Оно должно составлять 18–19В для обеспечения небольшого дома электроэнергией.

Как собрать панель

Устройство солнечной батареи

Итак, корпус у нас готов, и пора заняться панелью. В полученный ящик надо уложить спаянные преобразователи. В центре каждого фотоэлемента наносим силикон, и закрываем сверху подложкой из ДВП для их фиксации. Закрываем конструкцию крышкой, и для надежности все стыки герметизируем силиконом или герметиком. Полученная панель устанавливается на специальный держатель или каркас.

Важно: Чтобы защитить батарею от агрессивного воздействия среды и климата, применяют оргстекло, закрывающее лицевую сторону. Если батарея крупная, можно использовать два куска, но если позволяет ее размер – то можно вырезать один, тогда соединение будет без стыка.

Обычное стекло лучше не брать – оно слишком хрупкое, и в процессе эксплуатации может лопнуть.

Своими руками из того, что есть

Если цена на солнечные панели вас не устраивает, вы вполне можете создать свою установки из практически подручных материалов. Ниже мы рассмотрим, как сделать солнечную батарею своими руками из различных материалов – например, из транзисторов, диодов и фольги.

солнечная батарея своими руками из подручных средств

Транзисторы, как основа световых элементов

Транзисторы подходят под нашу цель, так как внутри у них располагается довольно большой кремневый полупроводниковый элемент, который и будет использоваться для производства электричества. Лучше всего остановить свой выбор на транзисторах типа КТ или П.

Важно: При сборке источника тока хорошим вариантом будет разработать монтажную плату из фольгированного стеклотекстолита. Плату, после распайки, нужно поместить в корпус подходящих размеров, а сверху закрыть пластиной из оргстекла. В результате мы можем получить источник тока из нескольких десятков транзисторов, который генерирует напряжение в несколько вольт при выходном токе в несколько миллиампер.

Начинаем работу. В первую очередь срезаем металлическую крышку с необходимого количества радиодеталей. Это сделать проще, если зажать транзистор в тисках и произвести срез аккуратно ножовкой по металлу. Внутри вы увидите пластину. Это и есть главная часть нашего будущего устройства. Он будет служить нам фотоэлементом.

Деталь будет иметь три контакта: база, эмиттер и коллектор. Во время сборки выбирайте коллекторный переход в связи с наибольшей разностью потенциалов.

Своими руками сборку лучше делать на ровной поверхности из любого диэлектрического материала.

Важно: Все транзисторы спаиваем в отдельные последовательные цепочки, которые, в свою очередь, необходимо соединять параллельно. Расчет источника тока делаем, основываясь на характеристиках радиодеталей. В среднем, один транзистор выдает напряжение 0,35 В при силе тока при КЗ в 0,25 мкА.

Те транзисторы, которые вы собираетесь использовать при создании солнечных батарей, перед работой следует проверить. Для этих целей берем простой мультиметр. Необходимо переключить прибор в режим измерения тока, включить его между базой и коллектором или эмиттером транзистора. Снимаем показатель – обычно прибор демонстрирует небольшой ток — доли миллиампера, реже чуть больше 1 мА. Далее переключаем прибор в режим измерения напряжения (предел 1-3 В), и получаем значение выходного напряжения (оно составит порядка нескольких десятых долей вольта). Транзисторы желательно группировать с близкими значениями выходных напряжений.

Используем диоды

Вторым популярным материалом для самодельного источника энергии считается диод. Диоды Д223Б могут стать действительно альтернативным источником электрического тока. Они имеют наибольший вольтаж, и заключены в стеклянном корпусе. Один диод может сгенерировать 350 мВ на солнце, исходя из этого, можно определить и напряжение на выходе готового изделия.

Произведя расчёты, подбираем нужное количество диодов. Их необходимо сложить в емкость и залить ацетоном. Можно использовать и другой растворитель. Это необходимо, чтобы снять краску со стекла.

Берем пластину из не металлического материала, и делаем на ней разметку, куда будут впаяны компоненты источника питания. Через несколько часов краска, как раз пока делается разметка, станет мягкой, и ее можно легко соскрести.

Солнечная панель на диодах

Далее необходимо определить плюсовой контакт – для этого используем мультиметр. Определяем контакт под лампочкой или на солнце. Впаиваем диоды параллельно, так как в данном случае кристалл лучше всего будет генерировать энергию от солнца. В результате на выходе будет максимальное напряжение.

Важно: для самостоятельной сборки можно выбрать диоды Д223Б. Они лучше всего подходят, так как имеют стеклянный и небольшой корпус, и их можно установить достаточно плотно. К тому же, напряжение в них одно из самых больших(целых 350 мВ под солнцем).

Как использовать фольгу

Фольгу также можно использовать для создания источника питания, однако энергии она будет давать немного. Подходит обычная фольга, размером 45 квадратных см. Ее необходимо промыть в мыльной воде, чтобы удалить любой жир. Вот пошаговая инструкция:

1. Используя шкурку, удаляем любой вид коррозии.
2. На электрическую плитку с мощностью от 1,1кВт кладем лист фольги, и нагреваем до тех пор, пока на ней не появятся оранжево-красные пятна. Если нагревать далее, пятна станут черные, что будет говорить об образовании оксида меди.
3. Продолжаем нагревать еще минут 30, чтобы оксидная пленка стала нужной толщины. Выключаем горелку и даем листу остыть. Медленно остывая, оксид начинает отходить. Под проточной водой удаляем остатки оксида, не сгибая и не повреждая лист и тонкий слой окиси.
4. Вновь вырезаем такой же кусок фольги – по размеру первого.
5. Берем пластиковую бутылку, обрезаем горлышко и засовываем туда оба куска, закрепляя их зажимами. Они должны быть расположены так, чтобы не соединяться. К тому куску, который мы нагревали, проводим минусовую клемму, а ко второму – плюсовую.

В бутылку заливаем солевой раствор так, чтобы до кромки электродов оставалась примерно 2,5 см.

Схема солнечной батареи из фольги

Аккумулятор для дачи готов.

Конечно, такого самодельного прибора не хватит для обеспечения дома, но зато ее можно использовать для подзарядки мелких электроприборов или в виде питания радиоприемника.

 

Автор: Киселевская Юлия.

Строение и принцип работы солнечного элемента

В солнечных элементах и панелях (батареях) солнечных элементов для получения электрического тока используется энергия Солнца — мощность потока солнечного излучения на один квадратный метр составляет примерно 1350 Ватт.

Принцип действия солнечного элемента

Строение простого солнечного элемента и основной принцип его действия следующие. Берется обычный полупроводник — две пластины, присоединенные друг к другу. Они изготовлены из кремния с добавлением в каждую из них определенных примесей, благодаря которым получаются элементы с нужными свойствами: первая пластина имеет избыток валентных электронов, у второй же, наоборот, их недостаточно. В итоге, в полупроводнике есть слой отрицательно заряженный и слой положительно заряженный, т.е. слои «n» и «p».

На самой границе соприкосновения этих пластин находится зона запирающего слоя. Этот слой препятствует переходу избыточных электронов из слоя «n» в слой «p», где электронов не хватает (места с отсутствующими электронами называют дырками). Если подключить к подобному полупроводнику внешний источник питания («+» к «p» и «-» к «n»), то внешнее электрическое поле заставит электроны преодолеть замыкающую зону и через проводник потечет ток.

Нечто подобное происходит и при действии солнечного излучения на солнечный элемент. Когда фотон света влетает в слои «n» и «p», он передает свою энергию высвобождаемым электронам (находящимся на внешней оболочке атомов), а на их месте появляется дырка. Электроны с полученной энергией свободно преодолевают запирающий слой полупроводника и переходят из слоя «p» в слой «n», а дырки, наоборот, переходят из слоя «n» в слой «p».

Этому переходу электронов их области «p» в область «n» и дырок из области «n» в область «p» также способствуют электрические поля положительных зарядов, находящийся в зоне «n» проводника и отрицательных — в зоне «p», которые будто втягивают в себя, одни — электроны, другие — дырки. В итоге, слой «n» приобретает дополнительный отрицательный заряд, а «p» — положительный. Результатом этого явления будет появление в полупроводнике разности потенциалов (напряжения) между двумя пластинами близкой к 0.5 В.

Сила электрического тока, который может генерировать солнечный элемент, изменяется пропорционально количеству захваченных поверхностью фотоэлемента фотонов. Этот показатель, в свою очередь, также зависит от множества дополнительных факторов: интенсивности светового излучения, площади фотоэлемента, времени эксплуатации, КПД устройства, зависит от температуры (при ее повышении, проводимость фотоэлемента значительно падает).

Вот почему нужно помнить о следующем: солнечные элементы (фотоэлементы, батареи) не способны быть очень мощными, они не могут работать в непрерывном режиме (через естественную смену дня и ночи), для стабилизации основных параметров — силы тока и напряжения — появляется необходимость в использовании дополнительных устройств (стабилизаторы, аккумуляторы и т.д.).

Но как дополнительный источник электроэнергии они прекрасно могут использоваться в тех местах, где требуются небольшие мощности и нет возможности подключится к городской электромагистрали. При совмещении работы солнечного элемента и электрического аккумулятора, получается полностью автономная система электроснабжения, которую можно использовать в районах с хорошей солнечной освещенностью и потребностью в малых электрических мощностях.

Строение солнечного элемента

 

На изображении, показанном выше, можно видеть, что верхний слой p-n перехода, который имеет избыток электронов, соединен с металлическими пластинами, которые выполняют роль положительного электрода, пропуская свет и добавляя элементу дополнительную жесткость. Нижний слой в конструкции солнечного элемента имеет недостаток электронов, к нему приклеена сплошная металлическая пластина, выполняющая функцию отрицательного электрода.

Считается, что в идеале солнечная батарея имеет близкий к 20% КПД. Однако на практике и по данным специалистов сайта www.sun-battery.biz он примерно равен всего 10%, при том, что для некоторых солнечных батарей он больше, для некоторых меньше. В основном это зависит от технологии, по которой выполнен pn переход. Наиболее применяемыми и имеющими наибольший процент КПД, продолжают быть солнечные батареи, изготовленные на основе монокристалла или поликристалла кремния. Причем вторые из-за относительной дешевизны становятся все более распространенными.

К какому типу конструкции солнечная батарея относится можно определить невооруженным глазом. Монокристаллические имеют исключительно черно-серый цвет, а модели на основе поликристалла кремния выделяет синяя поверхность. Поликристаллические солнечные батареи изготавливаются методом литья, они оказались дешевле в производстве. Однако и в поли-, и в монокристаллических пластин есть один недостаток — конструкции солнечных батарей на их основе не имеют гибкости, которая в некоторых случаях нужна.

Ситуация изменилась с появлением в 1975 году солнечного элемента на основе аморфного кремния, активный элемент которого имеет толщину от 0,5 до 1 мкм и обеспечивает ей гибкость. Толщина обычных кремниевых элементов достигает 300 мкм. Однако, несмотря на свойство аморфного кремния поглощать свет, которая примерно в 20 раз выше, чем у обычного кремния, эффективность солнечных батарей такого типа не превышает 12%. Для моно-и поликристаллических вариантов он может достигать 17% и 15% соответственно.

Материал, из которого изготовлены пластины, влияет на характеристики солнечных батарей.

Чистый кремний в производстве пластин для солнечных батарей практически не используется. Чаще всего в качестве добавок для изготовления пластины, которая производит положительный заряд, используется бор, а для отрицательно заряженных пластин — мышьяк. Кроме них при производстве солнечных батарей все чаще используются такие компоненты, как арсенид, галлий, медь, кадмий, теллурид, селен и другие. Благодаря им солнечные батареи становятся менее чувствительными к перепадам окружающих температур.

Большинство солнечных батарей могут накапливать энергию, представляя собой так называемые системы. Учитывая, что солнечные элементы производят электрический ток только при прямом воздействии солнечных лучей или света, ночью или в пасмурный день они становятся практически ненужными. С системами на солнечных батареях все по-другому. Они оборудованы аккумулятором, способным накапливать электрический ток днем, когда солнечная батарея его производит, а ночью накопленный заряд может отдаваться потребителям.

Возобновляемый источник энергии — солнечная энергия от Гелиос Хаус

Опубликовано 19 марта 2014

Понимание принципов работы солнечных панелей крайне важно при проектировании и эксплуатации электростанций. В этой статье мы изложим некоторые физические основы работы солнечных ячеек, а также особенности конструкции солнечных батарей. 

Устройство солнечной батареи

Рассмотрим устройство солнечной батареи. Фотоэлектрическая ячейка является полупроводниковой гетероструктурой, имеющей один p-n переход, который возникает на границе раздела двух полупроводниковых пластин p и n типа, соответственно, с «дырочной» и электронной проводимостью. На переднюю и заднюю поверхность ячейки нанесены электрические контакты. При падении света на солнечный элемент фотоны «выбивают» электроны из кристаллической решетки, образуя таким образом электронно- дырочную пару. Далее носители заряда свободно движутся под действием электрического поля p-n перехода. Таким образом, на обкладках солнечной ячейки появляется электро-движущая сила (ЭДС).

 Простейшая эквивалентная схема фотоэлектрической ячейки выглядит следующим образом:

                                                    

Рис.1 Эквивалентная схема солнечной ячейки.

Здесь Rп – последовательное  сопротивление солнечного элемента, Rш – шунтовое сопротивление солнечного элемента.

Мощность всей солнечной батареи складывается из мощности входящих в нее солнечных элементов, которые могут быть соединены последовательно или параллельно. Введем обозначения: I – максимальный ток отдельного элемента, U – напряжение отдельного элемента, Nпс – число последовательно соединенных элементов, Nпр – число параллельно соединенных элементов, Iб – максимальный ток солнечной батареи, Uб – напряжение солнечной батареи.

При последовательном соединении солнечных ячеек имеем: Uб=U* Nпс, Iб=I.

                                      

Рис.2 Последовательное соединение солнечных элементов.

При параллельном соединении: Uб=U, Iб=I* Nпр

                                                      

Рис.3 Параллельное соединение солнечных элементов.

Руководствуясь данным принципом можно рассчитать максимальный ток и напряжение для любой системы солнечных элементов

Приведем пример. Ячейки соединены в три каскада по 2 штуки, как показано на Рис.4

                                                        

Рис.4 Схема соединения солнечных ячеек  в три каскада.

Для данной системы имеем: Uб=2U, Iб=3I.

Роль диодов в схеме солнечной панели

Как правило, в солнечной батареи все элементы соединены последовательно, вследствие чего возникает так называемая проблема «темного пятна». Рассмотрим солнечные панели, состоящие из большого числа элементов, соединенных последовательно. К батарее подключена нагрузка Rн. (Рис. 5)

                                                

Рис. 5 Схема солнечной панели из большого числа элементов и под нагрузкой

Предположим, один из солнечных элементов затенен. Сопротивление затененной ячейки намного больше сопротивления нагрузки, следовательно, на ней выделится почти вся энергия солнечной батареи, вследствие чего ячейка может перегреться и выйти из строя. 

Для борьбы с таким явлением параллельно каждой ячейке нужно включить шунтирующий диод Rш, как показано на Рис. 6.

                                                

Рис. 6 Схема солнечной батареи с шунтирующими диодами.

В результате, когда солнечный элемент освещен, шунтирующий диод находится под прямым напряжением смещения самого солнечного элемента и ток не пропускает. Когда элемент затенен, то есть его напряжение меньше падения напряжения на нем при протекании тока, создаваемого остальными ячейками в цепи, шунтирующий диод «открыт» обратным напряжением смещения.

В реальной жизни диодами шунтируется не каждый солнечный элемент (это слишком сложно и дорого), а группы элементов в солнечной батарее. Например, батарея из 72 ячеек 125*125мм, обычно имеет в своем составе три шунтирующих диода.

В рамках данной статье, мы затронули основные физические принципы работы солнечных фотоэлектрических систем. Более подробно тема изложена в монографии Г. Раушенбах. Справочник по проектированию солнечных батарей: пер. с англ. – М.:  энергоатомиздат, 1983.

Е.А. Коблучко

Вам также могут быть интересны другие статьи..

Устройство солнечной батареи

Что такое мобильные солнечные системы?

Особенности и виды солнечных электростанций

Вернуться к списку статей…

принцип работы, виды панелей, схемы электропитания, плюсы и минусы

Бесплатную и бесконечную солнечную энергию люди используют для электроснабжения своих домов и предприятий. Принцип работы солнечной батареи таков, что сегодня нельзя рассчитывать на высокий уровень КПД. Однако в мире существует множество объектов, которые обеспечивают себя электроэнергией исключительно с помощью солнечных панелей.

Научитесь использовать солнечную энергию в свое благо

Понятие солнечной энергетики

Солнечная энергетика — это тематика, в которой имеется очень много неразберихи и нюансов. Попытки разобраться в ней часто вызывают трудности у новичков и людей, далёких от техники. Но без понимания принципа действия солнечных батарей не получится выжать максимальный КПД. В этом случае приобретение оборудования бессмысленно, ведь можно выбрать не ту модель или попросту сжечь технику.

Чтобы избежать неприятных последствий, нужно разобраться с разновидностями оборудования для получения энергии от солнечных лучей. Существует два типа устройств, имеющих принципиальные различия между собой. Солнечные батареи используются для преобразования фотонов в электрическую энергию. Коллекторы применяются для получения тепловой энергии.

Также нужно разобраться с самим понятием солнечной батареи. Слово «батарея» подразумевает какое-либо накопительное устройство, но это не совсем так. Солнечная батарея используется только для выработки электроэнергии. В течение дня электрическая энергия накапливается в аккумулирующих устройствах для обеспечения дома в ночное время.

Из данного видео узнаем как устроена солнечная батарея:

Устройство гелиобатареи

С каждым годом оборудование для преобразования солнечной энергии в электрическую становится всё доступнее и дешевле. Сегодня существуют не только стационарные панели для обеспечения электроэнергией домов и хозяйственных построек, но и портативные. Они используются туристами для зарядки телефонов, фонариков и других устройств. Солнечные панели устанавливают на электрические автомобили. Также они используются на космических спутниках. Из таких батарей даже начали строить полномасштабные электростанции.

Строение солнечной батареи подразумевает блок, состоящий из какого-либо количества модулей — полупроводниковых фотоэлементов, соединённых между собой последовательно. Чтобы выяснить принцип работы солнечных панелей, нужно понять действие конечного элемента всего устройства.

Устройство гелиобатареи

С каждым годом оборудование для преобразования солнечной энергии в электрическую становится всё доступнее и дешевле. Сегодня существуют не только стационарные панели для обеспечения электроэнергией домов и хозяйственных построек, но и портативные. Они используются туристами для зарядки телефонов, фонариков и других устройств. Солнечные панели устанавливают на электрические автомобили. Также они используются на космических спутниках. Из таких батарей даже начали строить полномасштабные электростанции.

Строение солнечной батареи подразумевает блок, состоящий из какого-либо количества модулей — полупроводниковых фотоэлементов, соединённых между собой последовательно. Чтобы выяснить принцип работы солнечных панелей, нужно понять действие конечного элемента всего устройства.

Вариантов фотоэлементов, сделанных из разных химических соединений, существует очень много, но основная часть сейчас находится на этапе разработки. В большом количестве сегодня производятся только фотоэлементы из кремния.

Фотоэлемент состоит из двух слоёв кремния, каждый из которых имеет различные физические свойства. Во время попадания солнечных лучей на фотоэлемент между двумя слоями появляется вентильная фото-ЭДС. Из-за этого появляется разность потенциалов и возникает электрический ток. Различаются солнечные батареи по принципу производства на:

• поликристаллические;
• монокристаллические.

У монокристаллических моделей КПД больше, но и стоимость их производства выше по сравнению с поликристаллическими устройствами. Оба вида отличаются между собой по внешним признакам. Монокристаллы имеют однородную структуру. Они представляют собой квадраты, имеющие срезанные углы. У поликристаллов правильная квадратная форма.

Солнечные батареи – удовольствие не из дешевых, однако в будущем они помогут сэкономить вам деньги

Поликристаллические фотоэлементы производят методом плавного остывания расплавленного кремния. Это довольно простая технология, поэтому себестоимость такого материала относительно низкая. Но КПД поликристаллов составляет не больше 15%. Кремниевые пластины, произведённые по такой технологии, получаются неоднородной структуры и с примесями.

Внешняя сторона фотоэлемента, на которую попадает солнце, изготавливается из кремния и фосфора. Именно фосфор производит избыточные электроны, благодаря которым получается разность потенциалов.

Принцип работы

Фотоны попадают на кремниевую пластину, в которой появляются неравновесные пары. Часть появившихся зарядов переходит из одного кремниевого слоя в другой. Из-за этого образуется напряжение на всех участках цепи. На одном слое образуется положительный заряд, на другом — отрицательный.

Подключение аккумулятора производится в виде внешней нагрузки. Он образует с фотоэлементами замкнутую цепь. Электроны в солнечной панели движутся по кругу, в результате чего аккумулятор постепенно заряжается.

Фотоэлементы, применяемые повсюду, являются однопереходными. Это значит, что электроны движутся всего через один переход и имеют ограниченную зону, то есть для генерации электричества используется только часть всего излучаемого спектра. Именно поэтому у гелиобатарей довольно низкая энергоэффективность.

Принцип работы

Фотоны попадают на кремниевую пластину, в которой появляются неравновесные пары. Часть появившихся зарядов переходит из одного кремниевого слоя в другой. Из-за этого образуется напряжение на всех участках цепи. На одном слое образуется положительный заряд, на другом — отрицательный.

Подключение аккумулятора производится в виде внешней нагрузки. Он образует с фотоэлементами замкнутую цепь. Электроны в солнечной панели движутся по кругу, в результате чего аккумулятор постепенно заряжается.

Фотоэлементы, применяемые повсюду, являются однопереходными. Это значит, что электроны движутся всего через один переход и имеют ограниченную зону, то есть для генерации электричества используется только часть всего излучаемого спектра. Именно поэтому у гелиобатарей довольно низкая энергоэффективность.

Для повышения коэффициента полезного действия батарей кремниевые составляющие начали изготавливать каскадными и имеющими много переходов. Новые солнечные панели снабжены несколькими ходами, каждый из которых предназначен для своего конкретного спектра. Но такие батареи стоят намного дороже.

Во время работы всё устройство медленно нагревается. Энергия, которая не перешла в электрический ток, трансформируется в тепловую. Температура поверхности батареи может составлять от +50 до +55°С. Чем сильнее разогревается фотоэлемент, тем хуже он работает.

В жаркий летний день панель способна генерировать электроэнергии меньше, чем зимой. Наибольший КПД можно зафиксировать в солнечный зимний день: естественное охлаждение не даёт фотоэлементам перегреваться.

Эффективность устройства

Единичный фотоэлемент даже в самую ясную погоду выдаёт слишком мало электроэнергии. Его мощности будет хватать только на светодиоды. Для увеличения мощности объединяют несколько таких элементов в параллельную цепь. Это усиливает напряжение. Повышение силы тока осуществляется за счёт последовательных соединений. Эффективность батарей зависит от:

• силы светового потока;
• температуры панели;
• угла падения света;
• наличия антиотражающего покрытия.

Чем холоднее вокруг, тем эффективнее функционирует всё оборудование. Также для поддержания максимального КПД необходимо установить контроллер. Он автоматически подстраивает гелиопанель и настраивает оптимальный режим работы в зависимости от выдаваемого тока.

Для получения максимальной отдачи батареи нужно подобрать правильный угол падения лучей. Идеальный угол — прямой. Отклонение от перпендикуляра в пределах 30° практически не оказывает влияния на энергоэффективность оборудования.

Также нужно обратить внимание на то, что пыль и любые загрязнения очень понижают производительность фотоэлементов. Множество фотонов просто не могут пройти сквозь грязь, поэтому фотоэлементам нечего перерабатывать в электроэнергию. Поверхности батарей необходимо регулярно мыть.

В некоторых моделях фотонных батарей встроены линзы для фокусирования света на фотоэлемент. Это значительно повышает КПД, но только в ясную погоду. В пасмурный день такие модели практически полностью перестают вырабатывать электричество. Обычные панели в такой ситуации продолжили бы работать.

Схема электропитания

В цепь солнечного электроснабжения дома входит несколько элементов. Каждый из них выполняет свою функцию и должен присутствовать в системе. Электропитание от гелиобатареи включает такие устройства:

• панели;
• инвертор;
• контроллер;
• аккумуляторы.

Контроллер выполняет защитную функцию как для панелей, так и для аккумуляторов. Он не даёт проходить обратным токам ночью и в облачную погоду, а также защищает АКБ от полной разрядки или чрезмерной зарядки.

Инвертор трансформирует постоянный ток в переменный. Из 12 Вт или 24 Вт получается 220 Вт. Не стоит включать в систему автомобильные аккумуляторы, так как они не способны переносить постоянные заряды и разряды. Лучше всего для этой цели использовать специализированные аккумуляторы.

Устройство и принцип работы солнечной батареи

Принцип работы солнечной батареи основан на фотоэлектрическом эффекте, вне зависимости от ее разновидности и устройства.

Характеристика устройств

Ученым удалось обнаружить природные вещества, в которых происходит преобразование света в электроэнергию. Этот процесс они стали называть фотоэлектрическим эффектом. Впоследствии им удалось научиться управлять этим явлением. Потом благодаря полупроводниковым материалам они смогли создать небольшие эффективные приборы – фотоэлементы.

После этого было налажено производство миниатюрных преобразователей и эффективных гелиопанелей. КПД кремниевых панелей составляет 18–22%.

Устройство солнечного модуля

 

Из данных модулей собирают солнечные батареи, преобразующие фотоны солнечной энергии в постоянный ток, накапливающийся в аккумуляторах или трансформирующийся в переменный ток напряжением 220 V, необходимый для питания многих бытовых и промышленных электроприборов.

Такие источники питания незаменимы для удаленных районов, где нет централизованного электроснабжения или часто случаются перебои с электричеством. Кроме того, они позволяют экономить затраты на электроснабжение в быту и в некоторых отраслях промышленности.

Разновидность солнечных батарей

В зависимости от материала изготовления и способа производства, солнечные батареи подразделяют на кремниевые и плёночные.

Кремневые элементы – это устройства, сделанные из кремния, так как этот химический элемент обладает повышенной производительностью, поэтому на него сейчас огромный спрос на мировом рынке. По структуре их подразделяют на три подтипа.

Монокристаллические батареи

Это солнечные батареи состоят из силиконовых ячеек, соединенных между собой. Их удается создавать только из чистейшего кремния, который добывают с помощью выращивания кристаллов. Когда монокристалл становится твёрдым, его делят на тончайшие пластинки, которые соединяют между собой с помощью сетки из металлических электродов. Такая технология изготовления очень дорогая и трудоемкая, поэтому её используют меньше, хотя у монокристаллических батарей высокий КПД, около 22%.

Монокристаллические солнечные батареи

Поликристаллические батареи

Это солнечные батареи состоят из поликристаллов, полученных благодаря постепенному охлаждению сплава кремния. Данная технология изготовления обходится дешевле. Но в этом случае понижается КПД на 4–5%. Это характеризуется тем, что в поликристаллах образуются зоны с зернистыми границами, именно они понижают эффективность поликристаллических батарей.

Устройство поликристаллической батареи

Аморфные батареи

Это солнечные батареи делают из кремневодорода или силана. У аморфных батарей маленький КПД, порядка 5%, но они обладают многими достоинствами:

• гибкие;
• эффективно работают в пасмурную погоду;
• очень тонкие (1 мкм).

Плёночные батареи подразделяются на несколько видов:

• на основе теллурида кадмия;
• на основе сплава меди, индия и селена, их КПД достигает 16–20%;
• полимерные фотоэлементы из органики, у которых КПД небольшой 5–6%.

Аморфная солнечная батарея – устройство

Принцип работы

На отрицательно заряженную панель воздействует солнечный свет, при этом образуется еще множество отрицательных зарядов и «пустот». Электрическое поле, присутствующее в p-n переходе, разделяет положительные и отрицательны частицы. При этом положительные переходят в верхний слой, а отрицательные в нижний. Это приводит к разности потенциалов, в результате возникает постоянное напряжение. Поэтому становится ясно, что каждый фотопреобразователь действует как батарейка. И если к нему подключить нагрузку, в цепи возникнет ток. При этом его сила зависит от следующего:

• степень инсоляции;
• габариты фотопреобразователя;
• вид фотоэлемента;
• полное сопротивление подключенных электроприборов.

Схема работы солнечного электроснабжения

Когда рассматривается схема солнечной батареи, то становятся заметны в ней загадочные наименования узлов. Но на первый взгляд, схема электрической цепи и устройство батареи выглядят просто.

Солнечные модули – это основные элементы солнечной батареи. Эти прямоугольные солнечные панели собирают из определенного количества фотоэлементов. Изготавливают фотопанели разные по мощности и напряжению, кратному 12V.

Панели плоской формы хорошо ложатся на поверхностях. Модульные блоки соединяются с помощью взаимосвязанных подключений в гелиобатарею. Главная цель устройства – это трансформация энергии света в постоянный ток необходимой величины.

Схема соединения солнечных батарей

Аккумуляторы – это устройства, накапливающие электричество. Когда потребители подключены к электрической сети, энергонакопители сохраняют в себе излишки электроэнергии.Аккумуляторный блок питает сеть нужным объемом энергии и в то же время поддерживает в ней стабильное напряжение, после возрастания величины потребления до высоких значений. Это бывает ночью и в пасмурную погоду, когда не работают солнечные панели.

Контроллер является посредником между солнечным модулем и аккумуляторами. Он корректирует степень заряженности батарей и защищает их от выкипания, что может произойти от перезарядки или уменьшения электрического потенциала ниже приделов, требуемых для стабильного функционирования системы.

Инвертор – это узел, который выполняет функцию трансформации постоянного тока солнечных панелей и аккумуляторов в переменный ток напряжением 220V. Именно это напряжение требуется для большинства бытовых и промышленных электроприборов.

Принцип работы солнечной батареи

Пример устройства

Основной смысл подключения солнечных источников электропитания в точном определении нагрузки и правильной настройке контролёра заряда. Самая примитивная схема представлена в устройстве садового фонаря. Эти фонари сегодня становятся очень популярными за счёт яркого освещения. Конечно, зимой свет фонарей, питающихся с помощью фотоэлектрического эффекта солнечной энергией, не такой яркий. В этом случае в схему входит фотоэлемент, накопительный аккумулятор и лампа.

Видео по теме: Солнечная батарея (как устроена)

Схема устройства солнечной батареи и принцип работы

Альтернативные источники энергии, преобразующие солнечный свет в электричество, становятся все более востребованными в быту и промышленности. Они используются в авиации, космических разработках, электронике, для создания экологически безопасного транспорта. Но самой перспективной считается отрасль энергообеспечения зданий: питание бытовых приборов и системы отопления дома, нагрев горячей воды. К преимуществам относят: независимость от времени года и коммунальных служб, возможность аккумулирования запаса энергии, надежность и долгий срок службы. Но для достижения максимального эффекта от применения важно знать принцип действия батарей и соблюдать условия их монтажа и эксплуатации.

Оглавление:

1. Конструкция и виды
2. Как это работает?
3. Методы улучшения эффективности функционирования

Описание устройства, разновидности

Фотоэлектрические преобразователи или солнечные аккумулирующие батареи представляют собой пластину со свойствами полупроводника, вырабатывающую постоянный ток при попадании на нее световых лучей. Основой может быть кремний (наиболее распространенный вид) и его соединения с медью, галлием, кадмием, индием, амфорные, органические или химические фотоэлементы, полимерная пленка.

Каждый материал имеет свой коэффициент ФЭП солнечных лучей (от 5 до 30 %) и, как следствие — вырабатывает определенную мощность при равной интенсивности светового потока. Многое зависит от площади батареи, одиночный кристалл полупроводника производит незначительное количество энергии, в среднем для получения 0,15 кВт потребуется 1 м2 панели. Исключение составляют инновационные многослойные полимерные соединения (монокристаллы), их КПД достигает 30 %, но эта технология еще недоступна рядовому потребителю.

Помимо пластины, в схему солнечной батареи входят вспомогательные приборы (для передачи, распределения и аккумулирования энергии):

• Инвертор или преобразователь постоянного тока.
• Накопитель для бесперебойной работы системы в ночное время или в пасмурную погоду.
• Стабилизатор напряжения.
• Контроллер для отслеживания заряда.

В зависимости от площади используются миниатюрные маломощные батареи (до 10 Вт) либо большие стационарные панели. Первые относятся к переносным (популярны для зарядки ноутбука, калькулятора, мобильных устройств). Вторые чаще служат для энергоснабжения и отопления дома, размещаются обычно на крыше. Так как мощность батарей полностью пропорциональна солнечной интенсивности, стало целесообразным размещать отслеживающие панели (изменяющие угол расположения, в зависимости от движения Солнца). Толщина вариантов из полупроводника незначительна (от 10 мкм до 10 см), но с учетом вспомогательных приборов модули весят больше, что учитывается при просчете нагрузки на стропила и поверхность крыши.

Принцип фотоэлектрического преобразования

Для того чтобы понять как работает солнечная батарея, следует вспомнить школьный курс физики. При попадании света на пластину из двух слоев полупроводников разной проводимости возникает эффект p-n перехода, электроны из катода покидают свои атомы и захватываются на уровне анода. При подключении в схему нагрузки (аккумулятора) они отдают свою положительно заряженную энергию и возвращаются в n-слой. Это явление более известно как «внешний фотоэффект», а двухслойная пластина как «фотоэлемент». Чаще всего применяется один и тот же материал: базовый полупроводник с определенным типом проводимости покрывается слоем с противоположным зарядом, но с высокой концентрацией легирующих примесей.

Этот принцип работы солнечных батарей неизменен с момента открытия эффекта; именно на границе зон осуществляется электронно-дырочный переход. При воздействии солнечных лучей в обоих направлениях проходит движение разнозаряженных частиц, при замыкании контура ФЭП они осуществляют работу на нагрузку. Для полноценной передачи (сбора и отвода электронов) используется контактная система (внешняя сторона батареи напоминает сетку или гребенку, а тыльная обычно сплошная). Чем выше площадь p-n перехода и коэффициент фотоэлектрического преобразования полупроводника, тем большую мощность производит устройство. Физическое явление и принцип работы не зависят от температуры воздуха, важна лишь интенсивность солнечного света. Как следствие, на величину КПД панели оказывают влияние погодные условия, климат, сезон, географическая широта.

Способы повысить эффективность батареи

Даже в средней полосе России установка солнечных аккумуляторов окупается за 3–5 лет, ведь лучи абсолютно бесплатны и доступны круглый год. Но для полноценного отопления дома в 100 м2 полезной площади потребуется около 30 м2 панелей. Для усиления принципа фотоэффекта рекомендуется провести следующие работы:

1. Разместить батареи на южной стороне под углом не менее 30°.
2. Не монтировать солнечные панели под тенью высоких деревьев.
3. Раз в 2 года очищать поверхность от грязи.
4. Установить отслеживающие солнечный свет системы.

Полностью отказываться от внешнего энергоснабжения не стоит, даже современные комплексы не способны аккумулировать достаточное количество энергии для полноценного обеспечения здания при длительной непогоде. Лучше всего использовать их как часть комбинированной системы.

 

9 Простые схемы зарядного устройства для солнечных батарей

Простые солнечные зарядные устройства — это небольшие устройства, которые позволяют быстро и дешево заряжать аккумулятор с помощью солнечной энергии.

Простое солнечное зарядное устройство должно иметь 3 встроенных базовых функции:

• Оно должно быть недорогим.
• Удобство для неспециалистов и простота сборки.
• Должен быть достаточно эффективным, чтобы удовлетворить основные потребности зарядки аккумулятора.

В сообщении всесторонне объясняется девять лучших, но простых схем зарядного устройства для солнечных батарей с использованием IC LM338, транзисторов, MOSFET, понижающего преобразователя и т. Д., Которые могут быть построены и установлены даже неспециалистом для зарядки всех типов батарей и работы с другим сопутствующим оборудованием

Обзор

Солнечные панели для нас не новость, и сегодня они широко используются во всех секторах.Основное свойство этого устройства — преобразование солнечной энергии в электрическую — сделало его очень популярным, и теперь оно серьезно рассматривается как будущее решение всех кризисов или дефицитов электроэнергии.

Солнечная энергия может использоваться непосредственно для питания электрического оборудования или просто храниться в соответствующем накопителе для последующего использования.

Обычно есть только один эффективный способ хранения электроэнергии — использование аккумуляторных батарей.

Перезаряжаемые батареи, вероятно, являются лучшим и наиболее эффективным способом сбора или хранения электроэнергии для дальнейшего использования.

Энергия от солнечного элемента или солнечной панели также может эффективно храниться, чтобы ее можно было использовать по своему усмотрению, обычно после захода солнца или когда стемнело, и когда накопленная мощность становится очень необходимой для работы огни.

Хотя это может показаться довольно простым, зарядка аккумулятора от солнечной панели никогда не бывает легкой по двум причинам:

Напряжение солнечной панели может сильно варьироваться в зависимости от падающих солнечных лучей и

Ток также варьируется по тем же причинам, указанным выше.

Две вышеуказанные причины могут сделать параметры зарядки типичной аккумуляторной батареи очень непредсказуемыми и опасными.

ОБНОВЛЕНИЕ:

Прежде чем углубляться в следующие концепции, вы, вероятно, можете попробовать это очень простое зарядное устройство для солнечных батарей, которое обеспечит безопасную и гарантированную зарядку небольшой батареи 12 В 7 Ач через небольшую солнечную панель:

Требуемые детали

• Солнечная панель — 20 В, 1 ампер
• IC 7812 — 1no
• 1N4007 Диоды — 3nos
• 2k2 Резистор 1/4 Вт — 1no

Выглядит круто, не правда ли.Фактически, ИС и диоды могут уже лежать в вашем электронном мусорном ящике, поэтому необходимо их покупать. Теперь давайте посмотрим, как их можно настроить для окончательного результата.

Расчетное время, необходимое для зарядки аккумулятора с 11 В до 14 В, составляет около 8 часов.

Как мы знаем, IC 7812 выдает фиксированное напряжение 12 В на выходе, которое нельзя использовать для зарядки аккумулятора 12 В. 3 диода, подключенные к его клеммам заземления (GND), введены специально для решения этой проблемы и для увеличения выхода IC примерно до 12 + 0.7 + 0,7 + 0,7 В = 14,1 В, что как раз и требуется для полной зарядки аккумулятора 12 В.

Падение на 0,7 В на каждом диоде увеличивает порог заземления ИС на установленный уровень, вынуждая ИС регулировать выход на уровне 14,1 В вместо 12 В. Резистор 2k2 используется для активации или смещения диодов, чтобы он мог провести и обеспечить запланированное полное падение на 2,1 В.

Делаем это еще проще

Если вы ищете еще более простое солнечное зарядное устройство, то, вероятно, не может быть ничего проще, чем подключить солнечную панель соответствующего номинала напрямую к соответствующей батарее через блокирующий диод, как показано ниже:

Хотя вышеуказанная конструкция не включает в себя регулятор, она все равно будет работать, поскольку токовый выход панели является номинальным, и это значение будет показывать только ухудшение, когда солнце меняет свое положение.

Однако для аккумулятора, который не полностью разряжен, описанная выше простая настройка может нанести некоторый вред аккумулятору, поскольку аккумулятор будет быстро заряжаться и будет продолжать заряжаться до небезопасного уровня и в течение более длительных периодов времени. время.

1) Использование LM338 в качестве солнечного контроллера

Но благодаря современным универсальным микросхемам, таким как LM 338 и LM 317, которые могут очень эффективно справляться с вышеуказанными ситуациями, делая процесс зарядки всех аккумуляторов через солнечную панель очень безопасным и желательно.

Схема простого зарядного устройства для солнечных батарей LM338 показана ниже с использованием IC LM338:

На принципиальной схеме показана простая установка с использованием IC LM 338, настроенного для работы в стандартном режиме регулируемого источника питания.

Использование функции контроля тока

Особенностью конструкции является то, что она также включает функцию контроля тока.

Это означает, что, если ток имеет тенденцию к увеличению на входе, что обычно может происходить, когда интенсивность солнечных лучей увеличивается пропорционально, напряжение зарядного устройства пропорционально падает, снижая ток до указанного номинального значения.

Как видно на схеме, коллектор / эмиттер транзистора BC547 подключен через ADJ и землю, он становится ответственным за инициирование действий по управлению током.

По мере увеличения входного тока th

Батареи и инверторы в солнечной энергии> ENGINEERING.com

Солнечные панели, преобразующие солнечную энергию в полезное электричество. (Изображение любезно предоставлено Райсонхо.)

Есть основания полагать, что мы можем быть последним поколением, работающим на ископаемом топливе.Недавние инвестиции в возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнечная энергия и биомасса, быстро повысили конкурентоспособность альтернатив ископаемому топливу. Согласно многим статистическим данным о потреблении энергии, возобновляемые источники энергии являются наиболее быстрорастущим источником энергии для производства электроэнергии.

Есть две основные причины для инвестиций в возобновляемую (также известную как «зеленая») энергия. Во-первых, поставки ископаемого топлива ограничены, и в конечном итоге они закончатся. Во-вторых, что более важно, выбросы ископаемого топлива, такого как углекислый газ, повышают температуру на планете и наносят ущерб нашей экосистеме.

Зеленая энергия — это энергия будущего, поэтому важно ознакомиться с принципами работы систем возобновляемой энергии. Центральной особенностью этих систем является аккумулятор. В этой статье мы обсудим особенности аккумуляторов и инверторов, используемых в системах возобновляемой энергии, особенно тех, которые используются для солнечной энергии.

Солнечная энергия и способы ее преобразования в электричество

Солнце — источник почти всей энергии, доступной на Земле.Солнечная энергия вырабатывается в результате ядерного синтеза в солнечном ядре, где водород превращается в гелий. Это высвобождает огромное количество энергии в виде света и тепла, и небольшое количество этой энергии ударяет по поверхности Земли — до 1 кВт / м ² , хотя фактическое значение зависит от местоположения, сезона, погодных условий и других факторов. факторы.

Солнечная энергия, которая практически безгранична, если мы сможем собрать ее и преобразовать в соответствующую форму, может быть использована тремя следующими способами:

• Солнечный тепловой коллектор: поглощает солнечный свет для сбора тепла
• Фотоэлектрический элемент: преобразует солнечный свет непосредственно в электрическую энергию
• Концентрированная солнечная энергия: зеркала используются для концентрации большой площади солнечного света на небольшой площади

Солнечные энергетические системы состоят из трех основных частей: солнечных батарей, контроллеров заряда солнечных батарей, инвертора и аккумуляторной системы хранения.Инженеры систем солнечной энергии должны учитывать следующие параметры: максимальная мощность фотоэлемента, интенсивность солнечного света, угол падения солнечного света (угол наклона фотоэлектрической панели) и количество солнечных часов (обычно рассчитывается по количеству солнечных часов в день).

Как работает аккумулятор?

Аккумулятор — это портативный источник энергии, преобразующий химическую энергию в электрическую. Проще говоря, батареи состоят из трех основных частей: электродов, электролита и сепаратора. В батарее всегда два электрода: катод подключен к положительному концу, а анод — к отрицательному.Когда батарея питает нагрузку, она разряжается, и ток течет от катода к аноду. Когда батарея заряжается, ток течет от анода к катоду.

Электроды погружены в электролит, жидкость или гелевое вещество, которое содержит электрически заряженные ионы, которые вступают в реакцию с электродами. Этот химический процесс заставляет аккумулятор вырабатывать электричество. Сепаратор физически разделяет электроды. Без этого электроды соприкоснулись бы и закоротили бы, разрушив батарею.

Основные части аккумулятора: катод, анод, электролит и сепаратор.

Батареи вырабатывают электричество в форме постоянного тока (DC), но для получения переменного тока (AC) можно использовать инвертор. Наиболее важные параметры любого аккумулятора следующие:

• Номинальное напряжение ячейки
• Номинальная мощность
• Тип батареи
• Количество ячеек в батарее

Комплект аккумуляторных батарей на подстанции.

Емкость аккумулятора показывает, сколько энергии он может хранить, что может быть измерено в ампер-часах (Ач). Это дает приблизительную меру того, какой ток батарея может обеспечить за час. Если требуется более точное определение, необходимо учитывать напряжение батареи, так как напряжение уменьшается во время разряда. Общую энергию батареи можно выразить в ватт-часах (Втч), которые рассчитываются следующим образом:

, где E — энергия в Втч,

V _avg — среднее напряжение за цикл разряда, а

C — емкость аккумулятора в Ач.

Удивительно, что сейчас на рынке доступны батареи емкостью до 3000 Ач.

Различные типы батарей

Батареи

можно условно разделить на два типа: обычные (неперезаряжаемые) и аккумуляторные. Эта статья посвящена аккумуляторным батареям, используемым в системах возобновляемой энергии. В этом типе батарей химическая реакция обратима, позволяя как разряжать, так и заряжать. Существует три основных типа аккумуляторных батарей: свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (NiCd) и литий-ионные.

Типы аккумуляторных батарей.

Свинцово-кислотные батареи, выполненные как заливные (мокрые) или свинцово-кислотные (VRLA) с регулируемым клапаном (VRLA), могут изготавливаться с номинальным напряжением элементов 2 В или 12 В. Никель-кадмиевые аккумуляторные элементы имеют номинальное напряжение 1,2 В. Наконец, номинальное напряжение литий-ионных батарей может составлять от 3,3 до 3,7 В, в зависимости от химического состава элемента.

Срок службы батареи

Практически невозможно оценить, как долго прослужит данная батарея, так как существует множество факторов, влияющих на жизненный цикл батареи.Сюда входят тип батареи, количество циклов зарядки / перезарядки, рабочие условия, такие как температура, степень разряда батареи и другие.

Если все аккумуляторные системы управляются должным образом, батарея выйдет из строя после того, как все активные материалы будут израсходованы или положительные решетки ухудшатся из-за коррозии, которая происходит на протяжении всего срока службы батареи. Несоблюдение соответствующих рекомендаций по проектированию и управлению системой почти всегда гарантирует ранний отказ аккумуляторной системы.Есть восемь способов убить аккумулятор:

• Переплата
• Переразряд
• Превышение тарифов
• Чрезмерная скорость разряда
• Неправильное выравнивание
• Слишком жаркая или холодная рабочая среда
• Увеличенный срок хранения
• Неправильная батарея для данного приложения

Солнечная энергия доступна в течение дня, но энергия также необходима в ночное время. Это делает батареи очень важной частью солнечной энергетической системы, поскольку они могут обеспечивать постоянную электрическую мощность независимо от того, доступен источник энергии или нет.Владельцам систем солнечной энергии нужна надежная батарея с длительным сроком службы, не говоря уже о доступной цене.

Иногда бывает трудно найти батарею, отвечающую всем этим требованиям. Батареи в солнечных энергетических системах требуют длительного срока службы из-за множества циклов зарядки / разрядки, которые происходят днем ​​и ночью. Поскольку аккумулятор должен питать приборы в ночное время, он также должен иметь большую емкость и работать без повреждений при глубоком разряде (это известно как возможность хранения с глубоким циклом).

Какой хороший аккумулятор для систем солнечной энергии?

Возможность хранения с глубоким циклом — обязательная функция для батарей в солнечной энергетической системе. Свинцово-кислотные батареи обладают этой особенностью, поскольку они могут разряжаться до 80 процентов от общей емкости без каких-либо последствий. Залитые свинцово-кислотные батареи являются наиболее часто используемыми батареями в системах солнечной энергии, поскольку они также имеют длительный срок службы и экономичны.

Недостаток свинцово-кислотных аккумуляторов с затоплением состоит в том, что их трудно обслуживать, а это явный недостаток, поскольку солнечные электростанции обычно устанавливаются на местности, доступ к которой может быть затруднен.Электролит из залитых свинцово-кислотных аккумуляторов испаряется, поэтому эти аккумуляторы необходимо повторно заправлять. У них также должна быть вытяжная система, чтобы предотвратить накопление газообразного водорода до опасных уровней, поэтому аккумуляторная станция требует вентиляции. Еще одна проблема с затопленными свинцово-кислотными аккумуляторами — их утилизация из-за их токсичности. К счастью, благодаря развитию аккумуляторов в автомобильной промышленности, теперь можно утилизировать эти аккумуляторы.

В аккумуляторах VRLA с гелеобразным электролитом вместо жидкого электролита используется силикагель.Эти батареи нельзя пролить, и они не требуют особого обслуживания. Однако, поскольку они довольно дороги и имеют меньшую емкость, чем батареи других типов, VRLA с гелевым электролитом не пользуются популярностью в солнечных батареях.

Аккумуляторы VRLA с абсорбированным стекломатом (AGM) обладают преимуществами аккумуляторов VRLA с гелевым электролитом, избегая при этом их недостатков. В качестве электролита они используют мат из тонковолокнистого борсиликатного стекла вместо геля, поэтому их нельзя пролить, даже если они разбиты.Их скорость саморазряда даже лучше, чем у заливных свинцово-кислотных аккумуляторов, и они также лучше выдерживают перепады температуры. Однако один явный недостаток заключается в том, что батареи AGM в два-три раза дороже, чем свинцово-кислотные батареи с заливной жидкостью.

Никель-кадмиевые батареи не так популярны для использования в солнечных энергетических системах. В последние годы индустрия электромобилей сосредоточилась на литий-ионных батареях и много инвестировала в их разработку. Таким образом, литий-ионные батареи становятся все более популярными в приложениях для возобновляемых источников энергии, предлагая хорошее качество и длительный срок службы (около пяти лет, по данным Tesla).

Литий-ионные батареи — наиболее распространенная технология хранения энергии, используемая сегодня. Однако у этих батарей есть недостатки для использования в системах возобновляемой энергии. У них более низкая эффективность, более высокая скорость саморазряда и худшая термостойкость, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов. К тому же они по-прежнему дороги.

В настоящее время свинцово-кислотные аккумуляторы с заливной водой являются наиболее популярными аккумуляторами, используемыми для солнечной энергетики, и, вероятно, они останутся доминирующими в этой области в течение следующих нескольких лет.

Конструкция инвертора

В большинстве электрических устройств используется напряжение переменного тока, поэтому инверторы используются для преобразования электроэнергии постоянного тока в полезный переменный ток.

Основными компонентами инверторов являются переключающие элементы, которые обеспечивают два альтернативных пути прохождения тока нагрузки. Коммутационные элементы постоянно переключаются, меняя направление тока в каждой последовательности переключения. Полупроводниковые переключатели (в основном транзисторы) обычно используются в качестве переключающего элемента.На практике широко используются MOSFET-транзисторы с максимальной выходной мощностью до 5 кВт. Когда требуется большая мощность, обычно используются транзисторы IGBT.

Принципиальная схема однофазного инвертора (слева) и трехфазного инвертора (справа).

Простой инвертор выдает прямоугольные сигналы. На следующем рисунке показан основной принцип работы этого инвертора (создание прямоугольного сигнала переменного тока).

Последовательность операций инвертора для создания прямоугольного сигнала.

Этот простой инвертор может использоваться в основных приложениях, таких как освещение, обогреватели и т. Д., Но не для большинства электрических устройств, так как он создает значительные гармонические искажения.

На рынке доступно множество различных вариаций инверторов — от простых прямоугольных до чисто синусоидальных. В усовершенствованных инверторах используется много ступеней для создания синусоидальной волны, а фильтры используются для получения максимально чистой синусоидальной волны.

Параметры главного преобразователя

Однофазные инверторы обычно устанавливаются в системах с низким энергопотреблением, таких как дома, в то время как трехфазные инверторы обычно используются на солнечных установках большой мощности.Солнечные установки большой мощности обычно имеют трансформаторы для увеличения значения сетевого напряжения.

Мощность инвертора определяется мощностью фотоэлектрических (PV) солнечных батарей. Значение напряжения и его частоты всегда должны быть стабильными, а также допускаться при ограниченной по времени перегрузке и высоком пусковом токе (пиковый ток). Паспортная табличка инвертора должна содержать информацию о мощности перегрузки в ограниченное время. Вход и выход инвертора должны быть гальванически изолированы.

Важным параметром инверторов является их КПД.КПД инвертора представляет собой потери инвертора при преобразовании постоянного тока в переменный ток и определяется как соотношение между полезной выходной мощностью и входной. Инвертор забирает энергию из батареи, даже если он не питает нагрузку переменного тока, поэтому в более крупных приложениях используются инверторы «спящего режима», в которых датчик определяет, требуется ли подача энергии, и соответственно активирует инвертор.

Инверторная технология значительно продвинулась вперед. Сегодня доступны инверторы с КПД 95%, а лучшие решения на рынке могут обеспечить КПД даже до 98%.

Особенности солнечного инвертора

Фотоэлектрические солнечные системы генерируют напряжение постоянного тока, а инвертор преобразует мощность в напряжение переменного тока. Солнечные инверторы генерируют синусоидальную волну и рассчитаны на большую мощность — до сотен киловатт. В отличие от простых электронных инверторов, солнечные инверторы предоставляют множество функций помимо преобразования постоянного тока в переменный. Они несут ответственность за измерение, мониторинг, регулирование и защиту солнечной энергетической системы.

Солнечные энергетические системы могут быть спроектированы как сетевые или автономные (изолированные).Автономные системы предназначены для работы независимо от электрической сети, в то время как сетевые системы могут поставлять энергию в сеть. Сетевые системы могут быть созданы с аккумуляторной системой хранения или без нее, которую можно использовать для резервного питания. Инверторы являются обязательным компонентом в системах обоих типов.

Энергия в солнечной энергетической системе может течь в разных направлениях. В случае простой системы в домашнем приложении пользователи могут получать питание только от фотоэлектрических панелей. Если солнечного света недостаточно, пользователи могут получать питание как от фотоэлектрических панелей, так и от батарей, или только от батарей (например.г., в ночное время).

Сетевая солнечная энергетическая система.

Очень важной функцией солнечных инверторов является их роль в качестве контроллера заряда солнечной энергии. В зависимости от энергетического состояния фотоэлектрических панелей, солнечный инвертор будет направлять энергию пользователям, зарядке аккумулятора или сети. Контроллер заряда соединяет фотоэлектрические панели, батареи и пользователей, но также защищает батарею от перенапряжения и глубокой разрядки. Напряжение батареи регулируется автоматически в зависимости от типа, состояния и температуры батареи, при этом напряжение питания пользователя должно быть постоянным.

Другой важной задачей солнечного инвертора является обеспечение защиты и безопасности. Это особенно важно в сетевых системах, так как существуют строгие правила, когда солнечная система подключается к сети. В этом случае инвертор должен синхронизировать напряжение и частоту солнечной установки с сетью. Он также должен синхронизировать любые отключения от сети во время отключений, поскольку это может быть проблематичным, если солнечная система продолжает поставлять энергию, даже если электросеть больше не работает.Это называется изолированным, и это может быть опасно для рабочих, которые могут контактировать с электрическими цепями. Солнечные инверторы должны быть в состоянии обнаруживать изолирование и отключать солнечную систему от цепи — функция, называемая анти-островком.

Отслеживание максимальной точки мощности

Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT) — очень специфический параметр инвертора в солнечных системах. Солнечные энергетические системы производят различное количество энергии в зависимости от интенсивности света, а MPPT — это метод определения точки, в которой фотоэлектрические панели обеспечивают максимальную мощность.Цель состоит в том, чтобы адаптировать нагрузочную характеристику в зависимости от состояния энергии солнечной панели, чтобы обеспечить наиболее эффективную передачу энергии от солнечных панелей.

Максимальная мощность. (Изображение любезно предоставлено mysolarshop.)

Энергия будущего

Если мы действительно хотим стать последним поколением, работающим на ископаемом топливе, инженеры должны иметь четкое представление о технологиях, используемых в системах возобновляемой энергии. Мы обсудили особенности батарей и инверторов, используемых в солнечных энергетических системах, но многие другие формы возобновляемой энергии также будут иметь решающее значение для прекращения нашей зависимости от ископаемого топлива.

Чтобы узнать больше о возобновляемых источниках энергии, прочтите статью «Возобновляемые источники энергии обеспечили почти 25% мировых потребностей в электроэнергии в 2015 году».
Схема и принцип работы зарядного устройства для мобильных аккумуляторов

Схема зарядного устройства для мобильных аккумуляторов — это устройство, которое может автоматически заряжать аккумулятор мобильного телефона при низком уровне заряда. В настоящее время мобильные телефоны стали неотъемлемой частью жизни каждого человека и, следовательно, требуют частой зарядки аккумулятора из-за более длительного использования.

Зарядные устройства для аккумуляторов бывают простыми, непрерывными, с таймером, интеллектуальными, универсальными зарядными устройствами-анализаторами, быстрыми, импульсными, индуктивными, USB-зарядными устройствами, зарядными устройствами на солнечной батарее и зарядными устройствами с двигателем.Эти зарядные устройства также различаются в зависимости от приложений, таких как зарядное устройство для мобильных телефонов, зарядное устройство для транспортных средств, зарядные устройства для аккумуляторов электромобилей и зарядные станции.

Способы зарядки подразделяются на две категории: метод быстрой зарядки и метод медленной зарядки. Быстрая зарядка — это система, используемая для подзарядки батареи примерно за два часа или меньше, а медленная зарядка — это система, используемая для подзарядки батареи в течение ночи. Медленная зарядка выгодна, поскольку не требует какой-либо схемы обнаружения заряда.Кроме того, это дешево. Единственным недостатком этой системы зарядки является то, что для зарядки аккумулятора требуется максимальное время.

Зарядное устройство с автоматическим отключением батареи

Этот проект направлен на автоматическое отключение аккумулятора от сети, когда аккумулятор полностью заряжен. Эта система также может использоваться для зарядки частично разряженных элементов. Схема проста и состоит из преобразователя переменного тока в постоянный, драйверов реле и зарядных станций.

Схема зарядного устройства для мобильных аккумуляторов

Описание схемы

В секции преобразователя переменного тока в постоянный трансформатор понижает доступное напряжение переменного тока до 9 В переменного тока при 75 мА, которое выпрямляется с помощью двухполупериодного выпрямителя и затем фильтруется конденсатором.Зарядное напряжение 12 В постоянного тока обеспечивается регулятором, и при нажатии переключателя S1 зарядное устройство начинает работать, а светодиод включения питания светится, показывая, что зарядное устройство «включено».

Секция драйвера реле состоит из транзисторов PNP для включения электромагнитного реле. Это реле подключено к коллектору первого транзистора, и оно управляется вторым транзистором PNP, который, в свою очередь, управляется транзистором PNP.

В секции зарядки микросхема регулятора смещена примерно на 7.35V. Для регулировки напряжения смещения используется предустановка VR1. Между выходом ИС включен диод D6, и для зарядки аккумулятора используется ограничивающее выходное напряжение аккумулятора до 6,7 В.

При нажатии переключателя происходит защелка реле и начинается зарядка аккумулятора. Когда напряжение на ячейку превышает 1,3 В, падение напряжения начинает уменьшаться на R4. Когда напряжение падает ниже 650 мВ, транзистор T3 отключается и переходит на транзистор T2, который, в свою очередь, отключает транзистор T3.В результате реле RL1 обесточивается, чтобы отключить зарядное устройство, и красный светодиод LED1 гаснет.

Зарядное напряжение в зависимости от NiCd-элемента может быть определено с помощью технических характеристик, предоставленных производителем. Зарядное напряжение установлено на 7,35 В для четырех ячеек по 1,5 В. В настоящее время на рынке доступны элементы емкостью 700 мАч, которые можно заряжать от 70 мА в течение десяти часов. Напряжение холостого хода около 1,3В.

Точка напряжения отключения определяется путем полной зарядки четырех элементов (при 70 мА в течение четырнадцати часов) и добавления падения диода (до 0.65 В) после измерения напряжения и смещения LM317 соответственно.

В дополнение к вышеупомянутой простой схеме ниже обсуждается реализация этой схемы в реальном времени на основе проектов солнечной энергетики.

Контроллер заряда солнечной энергии

Основная цель этого проекта контроллера заряда солнечной энергии — заряжать аккумулятор с помощью солнечных батарей. В этом проекте рассматривается механизм контроля заряда, который также обеспечивает защиту аккумулятора от перезаряда, глубокой разрядки и пониженного напряжения.В этой системе с помощью фотоэлектрических элементов солнечная энергия преобразуется в электрическую.

Контроллер заряда солнечной энергии

Этот проект включает в себя такие аппаратные компоненты, как солнечная панель, операционные усилители, полевой МОП-транзистор, диоды, светодиоды, потенциометр и аккумулятор. Солнечные панели используются для преобразования энергии солнечного света в электрическую. Эта энергия накапливается в аккумуляторе в дневное время и используется в ночное время. Набор OP-AMPS используется в качестве компараторов для непрерывного контроля напряжения панели и тока в проводе.

Светодиоды используются в качестве индикаторов и горят зеленым цветом, показывая, что аккумулятор полностью заряжен. Точно так же, если аккумулятор недостаточно заряжен или перегружен, они светятся красным светом. Контроллер заряда использует MOSFET — силовой полупроводниковый переключатель для отключения нагрузки, когда батарея разряжена или находится в состоянии перегрузки. Транзистор используется для передачи солнечной энергии в фиктивную нагрузку, когда батарея полностью заряжена, и защищает батарею от чрезмерного заряда.

Фотоэлектрический контроллер заряда MPPT на основе микроконтроллера

Этот проект направлен на разработку контроллера заряда с отслеживанием точки максимальной мощности на основе микроконтроллера.

Photovoltaic MPPT Charge Controller

Основными компонентами, используемыми в этом проекте, являются солнечная панель, аккумулятор, инвертор, беспроводной приемопередатчик, ЖК-дисплей, датчик тока и датчик температуры. Электроэнергия от солнечных панелей подается на контроллер заряда, который затем выдается в батарею и используется для хранения энергии. Выход батареи подключен к инвертору, который предоставляет пользователю выходы для доступа к накопленной энергии.

Солнечная панель, аккумулятор и инвертор приобретаются отдельно, а контроллер заряда MPPT разработан и изготовлен солнечными рыцарями.ЖК-экран предназначен для отображения заряда аккумулятора и других предупреждающих сообщений. Выходное напряжение изменяется с помощью широтно-импульсной модуляции от микроконтроллера к драйверам MOSFET. Способ отслеживания точки максимальной мощности с использованием реализации алгоритма MPPT в контроллере гарантирует, что аккумулятор заряжается на максимальной мощности от солнечной панели.

Так можно сделать зарядное устройство для мобильных телефонов. Два упомянутых здесь примера могут облегчить вам процесс. Более того, если у вас есть какие-либо сомнения и вам нужна помощь в реализации проектов в реальном времени и схем промышленных зарядных устройств, вы можете прокомментировать их в разделе комментариев ниже.

Фото:

• Схема зарядного устройства для мобильных аккумуляторов от ggpht
• Контроллер заряда MPPT от eecs

Принцип работы, типы, преимущества и недостатки

В любой солнечной системе инвертор играет важную роль, как мозг. Основная функция этого — преобразование мощности постоянного тока в мощность переменного тока, которая генерируется солнечной батареей. Это позволяет контролировать систему, чтобы операторы этой системы могли наблюдать, как эта система работает.Если вы рассматриваете установку солнечных панелей для своего дома, одно из ключевых решений, которые вы принимаете, — это тип инвертора для установки. Инверторы преобразуют энергию постоянного тока (DC), вырабатываемую солнечными панелями, в полезную энергию переменного тока (AC). После самих панелей инверторы являются самым важным оборудованием в солнечной энергетической системе. Инвертор предоставляет аналитическую информацию, чтобы помочь в определении операций и обслуживания для устранения проблем в системе. В этой статье обсуждается обзор солнечной системы.

Что такое солнечный инвертор?

Определение: Солнечный инвертор можно определить как электрический преобразователь, который преобразует неравномерный выход постоянного тока (постоянного тока) солнечной панели в переменный (переменный ток). Этот ток можно использовать в различных приложениях, например, в жизнеспособной электрической сети или в автономной электрической сети. В фотоэлектрической системе это опасный компонент BOS (баланс системы), который позволяет использовать обычные устройства с питанием от переменного тока. Эти инверторы имеют некоторые функции с фотоэлектрическими массивами, такие как отслеживание максимальной точки PowerPoint и защита от изолирования.Если мы используем солнечную систему для дома, выбор и установка инвертора важны. Итак, инвертор — незаменимое устройство в солнечной энергетической системе.

Солнечный инвертор

Солнечный инвертор и он работает

Принцип работы инвертора заключается в использовании энергии от источника постоянного тока, такого как солнечная панель, и преобразования ее в переменный ток. Диапазон генерируемой мощности будет от 250 В до 600 В. Этот процесс преобразования может быть выполнен с помощью набора IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором).Когда эти твердотельные устройства соединяются в виде H-моста, он переходит от постоянного тока к переменному току.

Работает с солнечным инвертором

Используется повышающий трансформатор, так что мощность переменного тока может быть получена и может быть подана в сеть. Некоторые конструкторы начали разрабатывать инверторы без трансформатора, которые имеют более высокий КПД по сравнению с инверторами, имеющими трансформатор.

В любой солнечной инверторной системе предварительно запрограммированный микроконтроллер используется для точного выполнения различных алгоритмов.Этот контроллер увеличивает выходную мощность солнечной панели с помощью алгоритма MPPT (Maximum Power Point Tracking).

Типы солнечных инверторов

Классификация солнечных инверторов может быть сделана на основе приложения, которое включает следующее.

типов солнечных инверторов

Струнный инвертор

Этот вид солнечных панелей устроен в виде струны, и многие струны соединены с однорядным инвертором. Каждая струна содержит мощность постоянного тока, которая преобразуется в мощность переменного тока, используемую как электричество.В зависимости от размера установки у вас может быть много струнных инверторов, где каждая струна получает питание постоянного тока от некоторых струн. Эти инверторы хороши для установок, в которых панели расположены в одной плоскости, чтобы не смотреть в разные стороны.

Струнные инверторы также могут использоваться с оптимизаторами мощности, поскольку они представляют собой силовую электронику на уровне модуля, которая монтируется на уровне модуля, следовательно, она есть на каждой солнечной панели. Производители солнечных панелей используют оптимизаторы мощности в своих устройствах и продают их как единое решение, называемое интеллектуальным модулем, чтобы упростить установку.Оптимизаторы мощности, такие как микроинверторы, дают много преимуществ, но они менее дороги. Таким образом, это может быть хорошим выбором среди инверторов, таких как строго струнные или микроинверторы.

Центральные инверторы

Они относятся к цепным инверторам, однако они больше и поддерживают дополнительные цепочки солнечных панелей. Вместо того, чтобы напрямую направлять цепочки к инвертору, цепочки объединяются в общий блок сумматора, так что мощность постоянного тока течет к среднему инвертору, где бы она ни преобразуется в мощность переменного тока.Эти инверторы не требуют подключения компонентов, однако для них нужна контактная площадка, а также блок сумматора, поскольку они подходят для крупных установок благодаря надежному производству по всему массиву.

Диапазон этих инверторов составляет от МВт до сотен кВт, и они выдерживают до 500 кВт для каждой области. Они не используются в домах, но обычно используются для крупных коммерческих установок и солнечных электростанций.

Микроинверторы

Эти инверторы — хороший выбор как для коммерческих, так и для жилых целей.Как и оптимизаторы мощности, это также электроника на уровне модулей, потому что по одному инвертору монтируется на каждой панели. Микроинверторы изменяют мощность с постоянного тока на переменный прямо на панели, поэтому им не нужен инвертор струнного типа.

Кроме того, из-за преобразования уровня панели, если производительность панелей затемнена, то остаточные панели не будут видны. Эти инверторы контролируют работу каждой отдельной панели, в то время как инверторы цепочки иллюстрируют действие каждой цепочки, чтобы инверторы были хороши при установке. Использование этих инверторов дает много преимуществ, поскольку они оптимизируют каждую солнечную панель независимо.Он передает больше энергии, особенно если у вас неполная цветовая гамма.

Инвертор на батарейках

Рост числа инверторов на батарейках увеличивается день ото дня. Они однонаправленные и включают в себя как инвертор, так и зарядное устройство. Это можно сделать с помощью аккумулятора. Эти инверторы являются отдельными подключенными к сети, интерактивными и автономными в соответствии с конструкцией и рейтингом UL. Основное преимущество этого заключается в том, что они обеспечивают бесперебойную работу при критических нагрузках в зависимости от состояния сети.Во всех случаях эти инверторы управляют питанием между сетью и массивом во время зарядки аккумуляторов, они контролируют состояние аккумулятора и контролируют, как они заряжаются.

Гибридный инвертор

Этот инвертор также известен как многорежимный инвертор и позволяет подключать батареи к солнечной энергетической системе. Он связывает батарею с помощью метода, известного как связь по постоянному току. Электроника управляет зарядкой и разрядкой аккумулятора. Так что выбор этих инверторов весьма неполный.

Преимущества солнечного инвертора

Основными преимуществами солнечного инвертора являются следующие.

• Солнечная энергия снижает парниковый эффект, а также снижает аномальные погодные условия.
• Используя солнечные батареи, мы можем сэкономить деньги за счет снижения счетов за электроэнергию.
• Солнечный инвертор используется для преобразования постоянного тока в переменный, и это надежный источник энергии.
• Эти инверторы расширяют возможности малого бизнеса за счет снижения их энергетических потребностей и требований.
• Это многофункциональные устройства, поскольку они предварительно запрограммированы для преобразования постоянного тока в переменный, что помогает крупным потребителям энергии.
• Прост в установке и более разумный по сравнению с генераторами.
• Обслуживание простое, так как они хорошо работают даже при обычном обслуживании.

Недостатки солнечного инвертора

• К основным недостаткам солнечного инвертора можно отнести следующие.
• Такие инверторы дорогие.
• Солнечный свет необходим для выработки достаточного количества электроэнергии.
• Требуется огромное пространство для установки.
• Для работы в ночное время требуется аккумулятор, чтобы обеспечить надлежащее электричество для дома, коммерческого и т. Д.

Часто задаваемые вопросы

1). Как долго должен работать солнечный инвертор?

Срок службы солнечного инвертора составляет от 10 до 20 лет

2). Солнечные панели переменного или постоянного тока?

Панели солнечных батарей генерируют DC

3). Могу ли я использовать солнечную панель без аккумулятора?

Да не нужно каждому

4).Как сбросить солнечный инвертор?

Включением и выключением инвертора на 30 минут

5). Чем лучше всего чистить солнечные панели?

Лучший способ очистить солнечные панели — использовать трубку и ведро с мыльной водой.

Итак, это все о работе солнечного инвертора. Это электрическое устройство, используемое для преобразования постоянного тока в переменный, где постоянный ток генерируется солнечной панелью. Он контролирует напряжение солнечной системы для достижения максимальной доступной мощности, известной как MPPT (отслеживание точки максимальной мощности).Таким образом, этот MPPT сообщает о работе и производительности системы с помощью встроенной функции, такой как Bluetooth, экран или Интернет. Вот вам вопрос, каковы области применения солнечного инвертора?

Как работают солнечные батареи?

Солнечные батареи — неотъемлемая часть энергетической независимости дома. Здесь мы подробно рассмотрим, как именно работают солнечные батареи. В этом примере мы предположим, что батарея работает в паре с солнечной системой, а не просто с отдельной батареей.

Шаг 1: Солнечная энергия

Процесс начинается с солнечной батареи на крыше, производящей энергию. Солнечный свет попадает на панели, которые преобразуют видимый свет в электрический ток.

Электроэнергия постоянного тока, производимая солнечной системой, затем может быть преобразована в мощность переменного тока или сохранена как мощность постоянного тока, в зависимости от того, использует ли система аккумулятор переменного или постоянного тока. Подробнее об этом чуть позже.

Шаг 2: Зарядка аккумулятора

Дом будет иметь первостепенное значение для солнечной энергии.Электроэнергия, производимая панелями, будет напрямую питать главную электрическую панель дома и питать все в доме, от телевизоров и освещения до кондиционирования воздуха и зарядки электромобилей.

Часто солнечные системы могут производить больше энергии, чем в данный момент требуется дому. Представьте себе прекрасный весенний день, когда погода умеренная и дом не потребляет много электроэнергии, но панели вырабатывают много энергии. В таких условиях мощность солнечной системы может легко превысить потребности дома.

Без батареи эта дополнительная энергия будет возвращаться в сеть через процесс, известный как чистое измерение. Фактически, эта дополнительная мощность будет «вращать счетчик в обратном направлении» и предоставить домовладельцу кредит, который поможет компенсировать мощность, потребляемую из сети, когда система не удовлетворяет все потребности дома (например, ночью).

С батареей, вместо того, чтобы идти в сеть, дополнительное электричество, производимое солнечной системой, поступает в батарею и заряжает ее.Скорость зарядки аккумулятора зависит от количества производимой дополнительной энергии, что само по себе зависит от множества факторов, таких как размер солнечной системы и текущая потребность в электроэнергии в доме.

Шаг 3: Зарядка от постоянного и переменного тока

В то время как дома работают от переменного тока, все батареи нуждаются в постоянном токе для зарядки. Вот почему на кабеле вашего ноутбука есть такая большая коробка — он преобразует мощность переменного тока, идущую от стены, в мощность постоянного тока для зарядки аккумулятора ноутбука.

Если все батареи требуют для зарядки постоянного тока, то что же такое батарея переменного тока?

Аккумулятор переменного тока — это аккумулятор, который может принимать входящую мощность переменного тока, и он использует встроенный инвертор для преобразования его в мощность постоянного тока, который затем заряжает аккумулятор. Когда аккумулятор подает электроэнергию в дом, инвертор затем преобразует мощность постоянного тока, поступающую от аккумуляторного блока, обратно в переменный ток, который затем подается в дом.

Большинство современных солнечных батарей, включая Tesla Powerwall, являются батареями переменного тока.Самым большим преимуществом батарей переменного тока является то, что их можно использовать с любой солнечной системой. С ними можно соединить любой солнечный инвертор, включая микроинверторы, поскольку они могут принимать выход переменного тока от любой системы. Это делает их очень гибкими и простыми для модернизации существующих солнечных систем.

Напротив, батареи постоянного тока, такие как LG Chem, не имеют встроенного инвертора. В результате их необходимо заряжать напрямую от источника постоянного тока. Для этого требуется специальный инвертор, который может передавать мощность постоянного тока, вырабатываемую солнечными панелями, непосредственно в батарею, не преобразуя ее сначала в переменный ток.Когда аккумулятор нуждается в питании дома, мощность постоянного тока от источника питания подается на внешний солнечный инвертор, где она преобразуется в мощность переменного тока, которая затем питает дом.

Самым большим преимуществом батарей постоянного тока является то, что они имеют более высокую эффективность при прохождении туда и обратно. Каждый раз, когда электричество переключается с постоянного тока на переменный (или наоборот), примерно 5% мощности теряется на тепло. Следовательно, чем больше раз вы инвертируете мощность, тем больше энергии вы потеряете. В результате батареи постоянного тока более эффективны, чем батареи переменного тока, поскольку они реже инвертируют мощность.Батареи постоянного тока также обычно дешевле, поскольку в них нет дополнительного инверторного оборудования.

Шаг 4: Разрядка аккумулятора

Теперь, когда аккумулятор заряжен дополнительной солнечной энергией, будь то переменный или постоянный ток, эта накопленная энергия может быть использована в доме позже. Есть две основные причины, по которым домовладелец хотел бы иметь дополнительную энергию, запасенную для дальнейшего использования.

Первая причина заключается в том, что в доме отключено электричество из сети.Как только произойдет отключение электроэнергии, резервный шлюз аккумуляторной системы изолирует дом от сети и активирует аккумулятор, чтобы немедленно обеспечить питание цепей, к которым он подключен. В этом отношении батарея будет работать как обычный генератор, за исключением того, что батареи намного лучше генераторов во всех важных аспектах.

Вторая причина хранить энергию для дальнейшего использования — это воспользоваться тарифными планами по времени использования (TOU) от коммунальных компаний. Многие коммунальные предприятия переводят домовладельцев на тарифы TOU, потому что эти планы более точно отражают изменения оптовых цен на электроэнергию в течение дня.В Калифорнии домовладельцы крупных коммунальных предприятий, принадлежащих инвесторам (PGE, SCE, SDGE), должны переходить на тарифный план TOU при установке солнечных батарей.

Согласно тарифному плану TOU дополнительная энергия, которую панели производят в середине дня, менее ценно, чем мощность, потребляемая из сети в ночное время. В результате использование солнечной батареи может помочь домовладельцам сэкономить больше денег, поскольку они не будут платить за коммунальные услуги по вечерам. Вы можете узнать больше о тарифах TOU и экономии здесь.

Заключение

Это действительно так просто! Солнечные батареи улавливают излишки солнечной энергии и позволяют использовать ее, когда это наиболее выгодно для домовладельца, например, во время отключения электричества или для дополнительной экономии на счетах за электричество.Поговорите с одним из наших консультантов по энергетике, чтобы увидеть вашу индивидуальную солнечную и аккумуляторную систему!

Как хранится солнечная энергия в 2019 году?

Последнее обновление 15.07.2020

Системы солнечных панелей стали одним из самых быстрорастущих источников энергии в Соединенных Штатах. По данным Ассоциации производителей солнечной энергии, к 2023 году рынок солнечной энергии увеличится вдвое и составит 4 доллара.5-миллиардный рынок к тому времени.

Популярность солнечной энергии привела к появлению другой возобновляемой технологии: солнечных батарей, которые могут накапливать дополнительную солнечную энергию для дальнейшего использования. Такие компании, как Tesla, разрабатывают батареи, которые можно устанавливать вместе с солнечными панелями, чтобы создать системы «солнечная энергия плюс накопители» для вашего дома. Читайте дальше, чтобы узнать больше о солнечных батареях в жилых домах и узнать, стоит ли вам подумать об установке системы солнечной энергии с накоплением в вашем доме.

Solar plus storage: описание солнечных батарей для дома

Чтобы понять, почему вы можете выбрать установку солнечной системы с накоплением в вашем доме, вам сначала нужно понять, как работает стандартная домашняя солнечная фотоэлектрическая система.

Типичная солнечная энергетическая система включает солнечные панели, инвертор, оборудование для установки панелей на крыше и систему мониторинга производительности, которая отслеживает производство электроэнергии. Солнечные панели собирают энергию солнца и превращают ее в электричество, которое проходит через инвертор и преобразуется в форму, которую вы можете использовать для питания вашего дома.

Подавляющее большинство бытовых солнечных энергетических систем подключены к электросети (или «привязаны к сети»). Когда ваши панели производят больше электроэнергии, чем нужно вашему дому, избыток возвращается в электросеть.И наоборот, когда вашему дому требуется больше электроэнергии, чем вырабатывают солнечные батареи, вы можете получать электроэнергию из электросети.

В большинстве случаев вы получаете кредит на счет за электроэнергию, которую вы отправляете обратно в сеть. Позже, когда вы потребляете больше электроэнергии, чем произведено вашими солнечными панелями, вы можете использовать эти кредиты вместо того, чтобы платить больше своим коммунальным предприятиям. Этот процесс известен как чистое измерение.

Как солнечная энергия хранится в батареях?

Солнечные батареи работают, накапливая энергию, произведенную вашими солнечными панелями, для дальнейшего использования.В некоторых случаях солнечные батареи имеют собственный инвертор и предлагают интегрированное преобразование энергии. Чем выше емкость вашего аккумулятора, тем больше солнечной энергии он может хранить.

Когда вы устанавливаете солнечную батарею как часть вашей системы солнечных панелей, вы можете хранить избыток солнечной электроэнергии у себя дома вместо того, чтобы отправлять ее обратно в сеть. Если ваши солнечные панели производят больше электроэнергии, чем вам нужно, избыток энергии идет на зарядку аккумулятора. Позже, когда ваши солнечные батареи не производят электричество, вы можете использовать энергию, которую вы ранее хранили в батарее, для использования в ночное время.Вы будете отправлять электричество обратно в сеть только тогда, когда ваша батарея полностью заряжена, и вы будете получать электричество из сети только тогда, когда ваша батарея разряжена.

На практике это означает, что дома с солнечной батареей и накопителем могут накапливать излишки солнечной энергии на месте для использования позже, когда солнце не светит. В качестве бонуса, поскольку солнечные батареи хранят энергию в вашем доме, они также предлагают краткосрочное резервное питание на случай отключения электричества в вашем районе.

Домашний накопитель энергии может быть полезен даже без солнечной энергии

Хотя батареи обычно используются вместе с домашними солнечными энергетическими системами, они также могут быть полезны домовладельцам без солнечных панелей.Маломасштабное накопление энергии, технология, используемая в системах солнечного накопления и накопления, также может заряжаться электричеством из сети для обеспечения резервного питания без использования резервного генератора с дизельным двигателем.

Стоит ли устанавливать у себя дома солнечную батарею?

Сможете ли вы сэкономить деньги, установив солнечную батарею, зависит от того, каким образом ваше коммунальное предприятие компенсирует вам солнечную энергию. Большинство коммунальных предприятий предлагают полное нетто-измерение, что означает, что вы получаете кредит на счет за электричество за каждый киловатт-час электроэнергии, производимой вашими солнечными панелями (даже если вы не используете их сразу).Это означает, что вы не получите дополнительной экономии на ежемесячном счете за электроэнергию, если установите солнечную батарею.

Однако есть много ситуаций, когда солнечная батарея может улучшить экономику солнечных панелей для вашего дома или бизнеса. Если ваша коммунальная компания имеет тарифы на время использования или плату за потребление или не предлагает нетто-учет, солнечные батареи могут помочь вам сэкономить более 90 463, когда вы перейдете на солнечную энергию.

Хранение в солнечной сети: как солнечные батареи вписываются в более широкую экосистему электроэнергии

Солнечные батареи и другие технологии хранения энергии, возможно, еще не стали обычным явлением, но так будет ненадолго.GTM Research и Ассоциация по хранению энергии ожидают, что к 2020 году он станет рынком в США с оборотом 2,5 миллиарда долларов.

Почему ожидается, что запасы энергии будут расти такими быстрыми темпами? Те же преимущества, которые солнечные батареи предлагают домовладельцам, а именно возможность хранить возобновляемую электроэнергию для последующего использования, также могут быть применены в более крупном масштабе для всей электросети. Технологии накопления энергии, такие как солнечные батареи, предоставляют электроэнергетическим компаниям и потребителям энергии большую гибкость в способах производства и использования электричества, особенно электричества, получаемого от солнца и ветра.

У электроэнергетических компаний и менеджеров сетей сложная задача. Им необходимо предоставить своим клиентам постоянный и надежный доступ к электричеству, которое питает их дома и предприятия. Для этого они должны убедиться, что в сети достаточно электроэнергии для удовлетворения спроса. Если в данный момент в системе слишком мало или слишком много электроэнергии, клиенты с большей вероятностью столкнутся с отключением электроэнергии.

Этот тщательный баланс спроса и предложения становится еще более сложной задачей, поскольку в сеть добавляется больше возобновляемых ресурсов, таких как солнечная и ветровая энергия.Солнечные панели производят электричество, когда светит солнце, а ветряные турбины производят электричество, когда дует ветер. В отличие от традиционных электростанций, работающих на угле или природном газе, мощность солнечных панелей и ветряных турбин нельзя быстро увеличить для удовлетворения спроса — мы не можем заставить солнце выходить в ночное время!

Установив больше технологий хранения энергии, таких как солнечные батареи, электроэнергетические компании и операторы сетей смогут легче управлять потоками электроэнергии из возобновляемых источников.В долгосрочной перспективе это означает, что в структуру электроэнергетики нашей страны будет интегрировано больше возобновляемых источников энергии, включая домашние системы солнечных батарей.

Начните свое солнечное путешествие сегодня с EnergySage

EnergySage — это национальный онлайн-рынок солнечной энергии: когда вы регистрируете бесплатную учетную запись, мы связываем вас с солнечными компаниями в вашем районе, которые конкурируют за ваш бизнес с индивидуальными ценами на солнечную энергию, адаптированными к вашим потребностям. Ежегодно в EnergySage приходят более 10 миллионов человек, чтобы узнать о солнечной энергии, сделать покупки и инвестировать в нее.Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы узнать, сколько солнечной энергии можно сэкономить.

.