Solarna baterija - kombinacija fotoelektričnih pretvarača (fotoćelija) - poluvodičkih uređaja koji solarnu energiju izravno pretvaraju u direktnu električnu struju, za razliku od solarnih kolektora koji proizvode grijaći materijal.
Razni uređaji koji omogućavaju pretvaranje sunčevog zračenja u toplinsku i električnu energiju su predmet proučavanja solarne energije (od grč. Helios, Ήλιος, Helios - sunce). Proizvodnja fotonaponskih ćelija i solarnih kolektora razvija se u različitim smjerovima. Solarni paneli dolaze u raznim veličinama: od ugrađenih mikrokalkulatora do automobila i zgrada postavljenih na krovu.
Priča
Aleksander Edmond Becquerel je 1842. godine otkrio efekat pretvaranja svjetlosti u električnu energiju. Charles Fritts počeo je koristiti selen da bi svjetlost pretvorio u električnu energiju. Prve prototipove solarnih panela kreirao je italijanski fotohemičar Giacomo Luigi Chamican.
25. marta 1948., stručnjaci Bell Laboratories objavili su stvaranje prvih solarnih panela na bazi silicijuma za proizvodnju električne struje. Ovo otkriće učinila su tri zaposlenika kompanije - Calvin Soulher Fuller (Calvin Souther Fuller), Daryl Chapin (Daryl Chapin) i Gerald Pearson (Gerald Pearson). Već nakon 10 godina, 17. marta 1958. godine, u SAD je pušten satelit s upotrebom solarnih baterija, Avangard-1. 15. maja 1958. godine u SSSR je lansiran i satelit s upotrebom solarnih baterija, Sputnik-3.
Što trebate znati o solarnim pločama
„Solarna baterija“ je izraz koji podrazumeva skup od nekoliko solarnih ćelija, čija su osnova poluvodički materijali koji direktno pretvaraju energiju sunca u direktnu električnu struju. Ovaj postupak se naziva fotoelektričnim efektom. Nakon što se kontrola ovog mikrofizičkog fenomena ovladala na laboratorijskoj razini, industrija je ovladala i proizvodnjom silicijskih solarnih modula. Efikasnost solarnih panela - 18-22%. Spajanje fotoćelija u njima je serijsko i paralelno.
Okvir na kojem se nalaze izrađen je od dielektričnog materijala.
Shema povezivanja solarnih panela za ljetnu kuću i privatnu kuću. Na ispravan rad sistema utječe ispravan odabir svih komponenti kruga elektrane. Kvaliteta modula koji čine solarnu bateriju ovisi o tome koliko je uspješno završen put koji su fotoni prešli od Sunca do Zemlje.
Upali u ovu zamku zbog svjetlosnog zračenja oni postaju dio električnog kruga s direktnom strujom. Nadalje, ovisno o zadatku, akumulirana energija se akumulira u baterijama ili se pretvaraju u izmjeničnu električnu struju koja napaja 220 V utičnice
Vrste solarnih panela
Na osnovu vrste koja se koristi za proizvodnju silikonskih poluvodiča, moduli solarnih ploča podijeljeni su u dvije kategorije: polikristalni , monokristal .
Prve su u obliku ravnog kvadrata sa raznovrsnom površinom, zbog prisustva različitih kristala. Silicijska talina koristi se za njihovu proizvodnju. Prvo se sirovine izlije u posebne oblike, a zatim se blokovi dobiveni topljenjem isjeku na kvadratne ploče. Tokom procesa proizvodnje rastaljena silicijumska masa podvrgava se postupnom hlađenju.
Monokristalni paneli su efikasniji i stvaraju više energije pri istim veličinama, ali su polikristalni paneli jeftiniji.Motor se sastoji od 36 ili 72 polikristalnih ploča. Ploča se sastoji od skupa takvih čvorova. Tehnologija je relativno jednostavna, ne uključuje upotrebu skupe opreme i ne zahtijeva velika financijska ulaganja. Minus ovih modula je jedan - efikasnost ne prelazi 18%.
Prevladavajuća potražnja za njima objašnjava se činjenicom da su jeftiniji. Za razliku od prethodnih, površina monokristalnih ploča je homogena. To su tanke ploče koje se vizualno mogu prepoznati kao kvadratni rez na uglovima. Da bi se dobila, umjetno se uzgaja kristal silicijuma. Solarne ćelije koje se u ovom slučaju koriste sastoje se od silikonskih cilindara.
Obrezivanjem silikonskih ingota na sve strane, poboljšavaju se performanse. Ovaj postupak je skup, ali produktivan. Učinkovitost monokristalnih elemenata može dostići 22%. Njihova cijena veća je od cijene polikristalne kiseline u regiji od 10%.
Šta je solarna baterija?
Solarna baterija (SB) je nekoliko fotonaponskih modula kombiniranih u jedan uređaj pomoću električnih vodiča.
A ako se baterija sastoji od modula (koji se još nazivaju i paneli), tada je svaki modul formiran od nekoliko solarnih ćelija (koje se nazivaju ćelijama). Solarna ćelija je ključni element koji se nalazi u srcu baterija i čitavih solarnih instalacija.
Na fotografiji su prikazane solarne ćelije različitih formata.
Ali sklop fotonaponskog panela.
U praksi se fotonaponske ćelije koriste zajedno sa dodatnom opremom koja služi za pretvaranje struje za njeno nagomilavanje i naknadnu raspodjelu između potrošača. Sledeći uređaji su uključeni u kućni solarni komplet za napajanje:
- Fotonaponski paneli glavni su element sustava koji stvara električnu energiju kada sunčeva svjetlost udari.
- Punjiva baterija je uređaj za skladištenje energije koji potrošačima omogućuje alternativnu električnu energiju čak i tijekom onih sati kada ih SB ne proizvodi (na primjer, noću).
- Kontroler - uređaj odgovoran za pravovremeno punjenje baterija, istovremeno štiteći baterije od prekomjernog punjenja i dubokog pražnjenja.
- Pretvarač je električni pretvarač energije koji omogućuje primanje izmjenične struje na izlazu s potrebnom frekvencijom i naponom.
Shematski, sistem napajanja solarnim pogonom je kako slijedi.
Shema je prilično jednostavna, ali da bi ona učinkovito djelovala, potrebno je pravilno izračunati radne parametre svih uređaja koji su u njoj uključeni.
Elementi i princip rada solarnih panela
Zadatak solarne baterije je pretvaranje energije sunčevih zraka u električnu energiju, koja se hrani kućanskim i industrijskim uređajima. Rad solarne elektrane u principu se odvija po istoj šemi kao i konvencionalna.
Solarni panel sastoji se od 5 elemenata, a prva komponenta solarne instalacije su foto-paneli.
Poluprovodničke naprave od kojih su sastavljene izravno pretvaraju energiju nebeskog tijela u konstantnu električnu struju. Snaga i napon solarnih panela mogu biti različiti, ali uvijek više od 12 V. Solarna baterija je skup modularnih jedinica. Pronađite baterije na mjestima dostupnim direktnoj sunčevoj svjetlosti.
Da bi se regulirao i kontrolirao rad solarnih panela, u krug su uključeni takvi uređaji kao što su baterija, pretvarač i kontroler. Baterija ispunjava svoju tradicionalnu ulogu u sistemu - ona se čuva u električnoj energiji. To se događa tokom rada kućanskih električnih uređaja iz centralizirane mreže i kada se višak električne energije javlja kada u potpunosti napajate kuću iz solarnog modula.
Skladište energije opskrbljuje krug takvom količinom električne energije tako da se u njemu stalno održava stabilan napon. U pravilu je u krugu uključeno par baterija - primarna i rezervna. Prvi, nakon što je nagomilao električnu energiju, odmah šalje u elektroenergetsku mrežu.
Drugi se odriče akumulirane energije tek nakon pada napona u mreži. Najčešće, potreba za rezervnom baterijom javlja se po sunčanom sunčanom vremenu ili noću kada foto-paneli ne mogu raditi.
Ispravna shema za spajanje solarnih panela Neka vrsta posrednika između solarnog panela i baterija je regulator. Ovaj elektronički uređaj ima funkciju koja kontrolira punjenje i pražnjenje baterije, kao i kontrolu ovog procesa.
U različito doba dana sunce na različite načine zrači jedinicom površine. Stoga se također mijenja i izlaz napona na ploči. Za punjenje baterije u granicama normale potreban je napon, čija je vrijednost ograničena na određeni raspon. Solarni kolektor uklanja nepravilnosti uzrokovane insolacijom. Prisutnost takvog uređaja isključuje ponovno punjenje baterije s naknadnim ključanjem. Također, regulator neće dopustiti smanjenje opskrbe energijom ispod utvrđene norme, što jamči pouzdan rad cijelog energetskog sustava.
Proračun fotonaponskih panela
Prvo što morate znati prilikom planiranja izračunavanja fotonaponskih pretvarača (solarnih panela) je količina električne energije koju će potrošiti oprema spojena na solarne panele. Rezimirajući nominalnu snagu budućih potrošača solarne energije koja se mjeri u vatima (W ili kW), možemo izvući prosječnu mjesečnu stopu potrošnje električne energije - W * h (kW * h). A potrebna snaga solarne baterije (W) bit će određena na osnovu dobivene vrijednosti.
Na primjer, razmotrite popis električne opreme koju energijom može opskrbiti mala solarna elektrana kapaciteta 250 vata.
Stol je preuzet sa stranice jednog od proizvođača solarnih panela.
Postoji neusklađenost između dnevne potrošnje energije od 950 W * h (0,95 kWh) i solarne baterije od 250 W, koja bi tokom kontinuiranog rada trebala kontinuirano stvarati 6 kWh dnevno (što je puno više od navedenih potreba). No, budući da konkretno govorimo o solarnim pločama, treba imati na umu da ovi uređaji mogu razvijati svoju pločicu samo tijekom dana (od oko 9 do 16 sati), pa čak i onda vedrog dana. U oblačnom vremenu izrazito opada i proizvodnja električne energije. U jutarnjim i večernjim satima količina električne energije koju stvara baterija ne prelazi 20-30% prosječnih dnevnih stopa. Pored toga, nazivna snaga može se dobiti iz svake ćelije samo ako za to postoje optimalni uvjeti.
Zašto je naziv baterije 60 vata, a daje 30? Vrijednost od 60 W fiksiraju proizvođači ćelija tijekom insolacije na 1000 W / m² i temperature baterije od 25 stepeni. Na zemlji ne postoje takvi uvjeti, a još više u središnjoj Rusiji.
Sve se to uzima u obzir kada je određena rezerva snage postavljena u dizajnu solarnih panela.
Sada razgovarajmo o tome odakle dolazi indikator snage - 250 kW. Navedeni parametar uzima u obzir sve korekcije za neravnine sunčevog zračenja i predstavlja prosječne podatke zasnovane na praktičnim eksperimentima. Naime: mjerenje snage u različitim radnim uvjetima baterija i izračunavanje njegove prosječne dnevne vrijednosti.
Kad znate volumen potrošnje, odaberite fotonaponske ćelije na osnovu potrebne snage modula: na svakih 100 W modula proizvede se 400-500 Wh * h dnevno.
Idemo dalje: znajući prosječnu dnevnu potrebu za električnom energijom, možemo izračunati potrebnu solarnu energiju i broj radnih ćelija na jednom fotonaponskom panelu.
U izvršavanju daljnjih izračuna usredotočit ćemo se na podatke već poznate tablice. Pretpostavimo da je ukupna potrošnja energije otprilike 1 kWh dnevno (0,95 kWh). Kao što već znamo, trebat će nam solarna baterija čija je nazivna snaga najmanje 250 vata.
Pretpostavimo da planirate koristiti fotonaponske ćelije nazivne snage 1,75 W za sastavljanje radnih modula (snaga svake ćelije određena je proizvodom trenutne snage i napona koji generira solarna ćelija). Snaga 144 ćelije kombinovanih u četiri standardna modula (36 ćelija u svakom) bit će jednaka 252 vata. U prosjeku, uz takvu bateriju, dnevno ćemo dobiti 1 - 1,26 kWh električne energije, odnosno 30 - 38 kWh mjesečno. Ali to je u lijepim ljetnim danima, zimi se ni ove vrijednosti ne mogu dobiti uvijek. Štoviše, na sjevernim geografskim širinama rezultat može biti nešto niži, a na jugu - viši.
Postoje solarni paneli - 3,45 kW. Oni rade paralelno s mrežom, tako da je efikasnost maksimalna:
Ovi su podaci nešto iznad prosjeka, jer je sunce bilo veće nego inače. Ako ciklon traje, tada proizvodnja u zimskom mjesecu ne smije prelaziti 100-150 kW * h.
Prikazane vrijednosti su kilovati, koji se mogu dobiti izravno sa solarnih panela. Koliko će energije dospjeti do krajnjih potrošača - ovisi o karakteristikama dodatne opreme ugrađene u sustav napajanja. O njima ćemo govoriti kasnije.
Kao što vidite, broj solarnih ćelija potrebnih za proizvodnju određene snage može se izračunati samo približno. Za preciznije izračune preporučuje se korištenje posebnih programa i internetskih kalkulatora solarne energije koji će pomoći u određivanju potrebne snage baterije u ovisnosti o mnogim parametrima (uključujući zemljopisni položaj vaše web lokacije).
Ako prvi put nije bilo moguće pravilno izračunati fotonaponske ploče (a neprofesionalci se vrlo često susreću sa sličnim problemom), to nije važno. Snaga koja nedostaje uvijek se može nadoknaditi ugradnjom nekoliko dodatnih fotoćelija.
Postoje tri vrste uređaja:
Uključeno isključeno - uređaje koji spajaju ili isključuju bateriju na solarnu bateriju, ovisno o nivou napona na njenim terminalima. Razina napunjenosti stabilno se zadržava na 70%.
PWM kontroler - modulacija omogućava postizanje 100% napunjenosti baterije u posljednjoj fazi punjenja.
MRI - ovi uređaji pretvaraju parametre energije primljene od solarnih panela u najprikladnije za punjenje baterije, povećavajući njezinu efikasnost i do 30%.
Pretvarač - jedinica koja pretvara direktnu struju primljenu iz solarnih modula u izmjenični napon od 220 V.
To je upravo potencijalna razlika koja djeluje za većinu vrsta kućanskih aparata. Pretvarači su dostupni u tri verzije: samostalni, mrežni, hibridni. Prvi ne kontaktirajte vanjsku električnu mrežu. Na mreži (mreža) funkcioniše samo s centraliziranom mrežom.
Osim funkcije pretvorbe, takvi pretvarači mogu podesiti trenutnu amplitudu, frekvenciju napona i ostale mrežne parametre. Hibridni (hibridni) pretvarač ima funkcije i samostalne i mrežne opreme. Kad centralno napajanje radi, ono uzima maksimalnu snagu iz solarne baterije, a ako je opća mreža isključena, djeluje potpuno autonomno.
Sorte fotonaponskih ćelija
Pomoću ovog poglavlja pokušat ćemo ukloniti zablude u pogledu prednosti i nedostataka najčešćih fotonaponskih ćelija. Ovo će vam olakšati odabir pravog uređaja. Monokristalni i polikristalni silicijum moduli za solarne panele danas se široko koriste.
Ovako izgleda standardna solarna ćelija (ćelija) monokristalnog modula koja se može precizno razlikovati pokošenim uglovima.
Ispod je fotografija polikristalne ćelije.
Koji je modul bolji? Korisnici FORUMHOUSE se aktivno svađaju oko toga.Netko vjeruje da polikristalni moduli djeluju efikasnije u oblačnom vremenu, dok monokristalni paneli pokazuju odlične performanse u sunčanim danima.
Imam mono - 175 vata daju na suncu ispod 230 vata. Ali odbijam ih i okrećem se polikristalima. Jer kad je nebo vedro, barem sipajte struju iz bilo kojeg kristala, ali kad je oblačno, moje to uopće ne radi.
U tom će slučaju uvijek biti protivnika koji će nakon provođenja praktičnih mjerenja u potpunosti odbiti predstavljenu izjavu.
Dobivam suprotno: polikristali su vrlo osjetljivi na zatamnjenje. Čim mali oblak prođe kroz sunce, to odmah utječe na količinu nastale struje. Napon se, usput, praktično ne mijenja. Jednokristalna ploča ponaša se stabilnije. Uz dobro osvjetljenje, oba se panela ponašaju vrlo dobro: deklarisana snaga oba panela je 50 W, oba ova 50W daju. Odavde vidimo kako nestaje mit da monopaneli daju više snage u dobrom svjetlu.
Druga se izjava odnosi na život fotonaponskih ćelija: polikristali stariju brže od monokristalnih ćelija. Razmotrite službenu statistiku: standardni vijek trajanja monokristalnih ploča je 30 godina (neki proizvođači tvrde da takvi moduli mogu raditi i do 50 godina). U isto vrijeme, period efikasnog rada polikristalnih ploča ne prelazi 20 godina.
Doista, snaga solarnih panela (čak i vrlo visoke kvalitete) opada za određeni postotak posto sa godinom rada (0,67% - 0,71%). U isto vrijeme, u prvoj godini rada, njihova snaga može se odmah smanjiti za 2% i 3% (za jednokristalne i polikristalne ploče, respektivno). Kao što vidite, razlika postoji, ali ona je beznačajna. A ako uzmete u obzir da predstavljeni pokazatelji u velikoj mjeri ovise o kvaliteti fotonaponskih modula, onda se razlika može u potpunosti zanemariti. Štoviše, postoje slučajevi kada su jeftini monokristalni paneli koje su napravili nemarni proizvođači izgubili i do 20% svoje snage u prvoj godini rada. Zaključak: što je pouzdaniji proizvođač PV modula, to su trajniji njegovi proizvodi.
Mnogi korisnici našeg portala tvrde da su monokristalni moduli uvijek skuplji od polikristalnih. Za većinu proizvođača razlika u cijeni (u smislu jednog vata proizvedene snage) je zapravo vidljiva, što kupnju polikristalnih elemenata čini privlačnijom. Ne može se poreći s tim, ali se ne može osporiti i činjenica da je efikasnost monokristalnih panela veća od one kod polikristala. Stoga će s istom snagom radnih modula polikristalne baterije imati veliko područje. Drugim riječima, pobjedom u cijeni kupac polikristalnih elemenata može izgubiti područje što, ako nedostaje slobodnog prostora za postavljanje SB-a, može mu oduzeti tako očitu korist.
Za uobičajene monokristale, efikasnost je, u proseku, 17% -18%, za poli - oko 15%. Razlika je 2% -3%. Međutim, s obzirom na površinu, ta razlika iznosi 12% -17%. Kod amorfnih panela razlika je još jasnija: s njihovom efikasnošću od 8-10%, jednokristalna ploča može biti upola veća od amorfne.
Amorfni paneli su druga vrsta fotonaponskih ćelija koja još nije postala dovoljno popularna, uprkos očiglednim prednostima: nizak koeficijent gubitka energije s porastom temperature, mogućnost proizvodnje električne energije čak i pri vrlo slabom svjetlu, relativna jeftinost jednog proizvedenog kW energije i tako dalje. . A jedan od razloga male popularnosti leži u njihovoj vrlo ograničenoj efikasnosti. Amorfni moduli se također nazivaju fleksibilni moduli. Fleksibilna struktura uvelike olakšava njihovu ugradnju, demontažu i skladištenje.
Ne znam ko se ovaj amorfan oglašava. Njihova efikasnost je mala, zauzimaju gotovo dvostruko više prostora, dok s godinama, učinkovitost, poput kristalnih, opada. Klasični moduli dizajnirani su za 25 godina rada s gubitkom učinkovitosti od 20%. Amorfni su do sada imali samo jedan plus: izgledaju kao crno staklo (takvom možete prekriti cijelu fasadu).
Odabir radnih predmeta za izradu solarnih panela, prije svega, trebalo bi se usredotočiti na ugled njihovog proizvođača. Napokon, njihove stvarne karakteristike rada ovise o kvaliteti. Također, ne treba izgubiti iz vida uvjete pod kojima će se provoditi ugradnja solarnih modula: ako je prostor namijenjen ugradnji solarnih panela ograničen, preporučljivo je koristiti monokristale. Ako nema nedostatka slobodnog prostora, obratite pažnju na polikristalne ili amorfne panele. Potonji je možda čak i praktičniji od kristalnih ploča.
Kupovinom gotovih ploča od proizvođača možete znatno pojednostaviti zadatak izgradnje solarnih panela. Za one koji radije stvaraju sve vlastitim rukama, postupak izrade solarnih modula bit će opisan u nastavku ovog članka. Također u bliskoj budućnosti planiramo razgovarati o kriterijima prema kojima ćemo odabrati baterije, kontrolere i pretvarače - uređaje bez kojih nijedna solarna baterija ne može u potpunosti funkcionirati. Pratite ažuriranja za naš članak.
Na fotografiji su 2 ploče: domaći monokristal 180 W (lijevo) i polikristalni od proizvođača 100 W (desno).
O najpopularnijim alternativnim izvorima energije možete saznati u odgovarajućoj temi, otvorenoj za raspravu na našem portalu. U odjeljku o izgradnji autonomne kuće možete naučiti puno zanimljivih stvari o alternativnoj energiji i posebno solarnim pločama. Mali videozapis govori o glavnim elementima standardne solarne elektrane i značajkama ugradnje solarnih panela.
Vrste modula solarne ploče
Solarni paneli-moduli sastavljaju se iz solarnih ćelija, u suprotnom - fotoelektričnih pretvarača. DEC-ove dve vrste našle su široku upotrebu.
Razlikuju se u tipovima silikonskog poluvodiča koji se koriste za njihovu proizvodnju, a to su:
- Polikristalni. Riječ je o solarnim ćelijama napravljenim od silicijumovog topljenja dugotrajnim hlađenjem. Jednostavna metoda proizvodnje određuje pristupačnost cijene, ali performanse polikristalne opcije ne prelaze 12%.
- Monokristalni. To su elementi dobiveni rezanjem tankih ploča umjetno uzgojenog kristala silicijuma. Najproduktivnija i najskuplja opcija. Prosječna efikasnost u regiji od 17%, možete pronaći monokristalne fotoćelije s većim performansama.
Polikristalne solarne ćelije ravnog kvadratnog oblika s nehomogenom površinom. Monokristalne vrste izgledaju poput tankih, homogenih kvadratnih struktura površine s urezanim uglovima (pseudo-kvadratima).
Ploče prve verzije s istom snagom veće su od druge zbog manje učinkovitosti (18% prema 22%). Ali postotak je, u prosjeku, deset jeftiniji i u većoj potražnji.
O pravilima i nijansama izbora solarnih panela za opskrbu energijom za autonomno grijanje možete pročitati ovdje.
Princip rada solarne baterije
Uređaj je dizajniran da direktno pretvara sunčeve zrake u električnu energiju. Ta se akcija naziva fotoelektrični efekt. Poluprovodnici (silikonski valovi), koji se koriste za izradu elemenata, imaju pozitivne i negativno naelektrisane elektrone i sastoje se od dva sloja: n-sloj (-) i p-sloj (+). Prekomerni elektroni pod uticajem sunčeve svetlosti otkidaju se iz slojeva i zauzimaju prazne prostore u drugom sloju. Zbog toga se slobodni elektroni stalno kreću, prelazeći s jedne ploče na drugu, stvarajući električnu energiju, koja se akumulira u bateriji.
Kako solarna baterija funkcionira, u velikoj mjeri ovisi o njenom uređaju. U početku su solarne ćelije bile izrađene od silicijuma. I dalje su vrlo popularni, no budući da je postupak čišćenja silicijuma prilično mukotrpan i skup, razvijaju se modeli s alternativnim fotoćelijama iz spojeva kadmijuma, bakra, galija i indija, ali oni su manje produktivni.
Efikasnost solarnih panela porasla je s razvojem tehnologije. Do danas, ta brojka je povećana sa jednog procenta, što je zabilježeno početkom vijeka, na više od dvadeset posto. To nam omogućava da se danas upotrebljavamo ploče ne samo za domaće potrebe, već i za proizvodnju.
Specifikacije
Uređaj solarne baterije prilično je jednostavan i sastoji se od nekoliko komponenti:
- Izravno solarne ćelije / solarna ploča,
- Pretvarač koji pretvara jednosmernu struju u izmjeničnu struju,
- Regulator nivoa baterije.
Baterije za solarne panele treba kupovati uzimajući u obzir potrebne funkcije. Akumuliraju i odašilju električnu energiju. Sklapanje i konzumiranje javlja se tijekom dana, a noću se nagomilani naboj samo troši. Dakle, postoji stalna i kontinuirana opskrba energijom.
Prekomjerno punjenje i pražnjenje baterije skraćuje joj vijek trajanja. Solarni regulator punjenja automatski zaustavlja akumuliranje energije u bateriji kada dostigne maksimalne parametre i odspoji opterećenje uređaja kad dođe do jakog pražnjenja.
(Tesla Powerwall - baterija za solarne panele od 7 kW - i kućno punjenje električnih vozila)
Mrežni pretvarač za solarne panele najvažniji je element dizajna. Energiju koja je primljena od sunčeve svjetlosti pretvara u izmjeničnu struju različitih kapaciteta. Budući da je sinhroni pretvarač, on kombinira izlazni napon električne struje u frekvenciji i fazi sa stacionarnom mrežom.
Fotocelice se mogu povezati i serijski i paralelno. Posljednja opcija povećava parametre snage, napona i struje i omogućuje uređaju da radi, čak i ako jedan element izgubi funkcionalnost. Kombinirani modeli izrađuju se pomoću obje sheme. Životni vijek ploča je oko 25 godina.
Solarna instalacija
Ako će se strukture koristiti za napajanje stambenih prostora, mjesto instalacije treba pažljivo odabrati. Ako su paneli ograđeni visokim zgradama ili drvećem, biće teško dobiti potrebnu energiju. Moraju se postaviti tamo gdje je struja sunčeve svjetlosti maksimalna, to jest na južnu stranu. Strukturu je bolje instalirati pod kutom, čiji je kut jednak geografskoj širini sustava.
Solarne ploče treba postaviti tako da vlasnik ima mogućnost periodičnog čišćenja površine od prašine i prljavštine ili snijega, jer to dovodi do manje sposobnosti stvaranja energije.
Snabdijevanje energijom zgrada
Solarni paneli velikih dimenzija, poput solarnih kolektora, naširoko se koriste u tropskim i suptropskim regijama s velikim brojem sunčanih dana. Posebno je popularan u mediteranskim zemljama, gdje se postavljaju na krovove kuća.
Od marta 2007. godine, nove kuće u Španjolskoj opremljene su solarnim bojlerima kako bi neovisno osigurale od 30% do 70% potreba za toplom vodom, ovisno o lokaciji kuće i očekivanoj potrošnji vode. Stambene zgrade (trgovački centri, bolnice itd.) Moraju imati fotonaponsku opremu.
Trenutno prelazak na solarne panele izaziva mnogo kritika među ljudima. To je zbog viših cijena električne energije, nereda prirodnog krajolika. Protivnici prelaska na solarne panele kritiziraju takav prijelaz, jer vlasnici kuća i zemljišta na kojima su instalirani solarni paneli i vjetroelektrane primaju subvencije od države, ali obični stanari to ne čine. U vezi s tim, njemačko Federalno ministarstvo ekonomije razvilo je prijedlog zakona koji će u skoroj budućnosti omogućiti uvođenje poticaja za stanare koji žive u kućama koje se opskrbljuju energijom iz fotonaponskih instalacija ili blokiraju termoelektrane. Uporedo s isplatom subvencija vlasnicima domova koji koriste alternativne izvore energije, planira se isplatiti i subvencije stanarima koji žive u tim kućama.
Površina puta
- Godine 2014. u Nizozemskoj je otvorena prva biciklistička staza na solarni pogon.
- U 2016., francuska ministrica ekologije i energetike Segolene Royal najavila je planove za izgradnju 1.000 km cesta s ugrađenim šok i otpornim na toplinu solarnim pločama. Pretpostavlja se da će 1 km takvog puta biti u stanju osigurati potrebe za električnom energijom 5.000 ljudi (isključujući grijanje) [neautoritativni izvor?] .
- U februaru 2017. francuska vlada otvorila je put na solarni pogon u normanskom selu Tourouvre-au-Perche. Jedan kilometar dug dio puta opremljen je sa 2880 solarnih panela. Takav pločnik će pružati struju uličnim svjetiljkama u selu. Ploče će svake godine proizvoditi 280 megavata električne energije. Izgradnja dionice puta koštala je 5 miliona eura.
- Koristi se i za napajanje samostalnih semafora na putevima
Kompletan set solarnih elektrana
Da biste odabrali prave komponente za svoju elektranu, morate odrediti broj uređaja i njihovu snagu. Radi jasnoće, bolje je razmotriti konkretan primjer: postoji letnja kućica koja se nalazi u predgrađu Ryazana, u kojem žive, od marta do septembra.
Kompletan set solarnih panela uključuje: solarne panele, pretvarač, pričvršćivače, dodatne materijale (kablove, automatske mašine i dr.) Prosječna prosječna dnevna potrošnja je 10 000 W / h, opterećenje je u prosjeku 500 W, maksimalno opterećenje je 1000 W. Izračunavamo vršno opterećenje, povećavajući maksimalno za 25%: 1000 x 1,25 = 1250 vata.
Upotreba prostora
Solarne baterije jedan su od glavnih načina proizvodnje električne energije na svemirskim brodovima: oni dugo rade bez potrošnje nikakvih materijala, a ujedno su i ekološki prihvatljivi, za razliku od nuklearnih i radioizotopskih izvora energije.
Međutim, kada lete na velikoj udaljenosti od Sunca (izvan Marsove orbite), njihova upotreba postaje problematična, jer je protok solarne energije obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti od Sunca. Kada lete ka Veneri i Merkuru, naprotiv, snaga solarnih panela značajno se povećava (u regiji Venere 2 puta, u regiji Merkura 6 puta).
Trenutni napon
Najčešća ocjena baterija je višestruka od 12 V. Takve komponente solarne stanice kao kontroler, pretvarač, solarni moduli dizajnirani su za napone od 12 do 48 V. Prisutnost 12 V baterija je zgodna, jer kad one ispadnu, možete ih zamijeniti jednu po jednu. .
Na naponu dvostruko većem, na osnovu specifičnosti rada baterije, moguća je samo zamjena para. Na mreži od 48 V, sve četiri baterije morat će se zamijeniti na jednoj grani, a 48 V već predstavlja prijetnju s gledišta električne sigurnosti. S druge točke gledišta, što je napon veći, to će biti potreban manji presjek žice, a kontakti će biti pouzdaniji.
Prilikom odabira ocjene, potrebno je uzeti u obzir i karakteristike snage pretvarača i vrijednost vršnog opterećenja:
48 V - od 3 - 6 kW,
24 ili 48 V - od 1,5 - 3 kW,
12, 24, 48V - do 1,5 kW.
Ako su kapacitet i cijena baterije približno jednaki, izbor treba zaustaviti na bateriji s najvećom dozvoljenom dubinom pražnjenja i najvećom dozvoljenom vrijednošću struje.Trajanje baterije se znatno povećava kada ovaj pokazatelj ne prelazi 30 - 50%.
„Glavni kriterij za odabir baterije treba biti pouzdanost. U konkretnom slučaju, početni napon će biti 24 V.
Izbor solarnih ćelija
Snaga solarne baterije izračunava se prema sljedećoj formuli: Pcm = (1000 x Yesut) / (K x Sin) u njoj:
Rcm - snaga baterije u W, jednaka sumi snage solarnih panela, 1000 - fotoosjetljivost solarnih ćelija u kW / m²,
Yesut - potrebna dnevna potrošnja električne energije u kWh (za odabranu regiju - 18). Koeficijent K uzima u obzir sve gubitke sezonski: za ljeto - 0,7, za zimu - 0,5.
Grijeh - lavina sunčevog zračenja u kW x h / m² (tabelarna vrijednost) pri najpovoljnijem nagibu ploča. Ovaj parametar možete saznati u meteorološkoj službi regije. Optimalni kut pod kojim se postavljaju solarni paneli u proljeće i jesen identičan je vrijednosti zemljopisne širine.
Ljeti bi 15⁰ trebalo biti minus, a zimi - treba dodati 15⁰. Sami paneli moraju biti orijentirani na jug. Područje iz primjera nalazi se na 55 °.
Budući da vrijeme koje nas zanima pada u ožujku i rujnu, uzimamo ljetni kut nagiba - 40⁰ u odnosu na zemlju. U ovom slučaju prosječna dnevna insolacija za ovo područje iznosi 4,73.
Sve te podatke zamjenjujemo formulom i izvodimo radnju:
Pcm = 1000 x 12: (0,7 x 4,73) ≈ 3 600 W .
Ako će moduli koji čine bateriju imati snagu od 100 vata, tada morate kupiti 36 jedinica. Da biste ih postavili, trebat će vam platforma veličine 5 x 5 m, a struktura će težiti oko 0,3 tone.
Sklop baterije
Prilikom uređenja paketa baterija treba uzeti u obzir sljedeće nijanse: uobičajene baterije namijenjene automobilima nisu prikladne za ovu svrhu, natpis "SOLAR" treba biti na solarnim pločama, sve kupljene baterije trebaju imati iste parametre i, po mogućnosti, pripadaju istoj proizvodnoj seriji , elemente je potrebno smjestiti u toplu sobu, optimalno - 25⁰.
Nije potrebno kupovati nove baterije, jer su i rabljene baterije izvrsne u tu svrhu. Ako temperatura padne na -5⁰, kapacitet baterije opadaće za 50%. Na primjeru sa 12 volti AB s kapacitetom od 100 A / h, možete vidjeti da potrošačima može pružiti električnu energiju u količini od 1200 W na sat vremena.
Istina, nakon toga će uslijediti potpuno pražnjenje baterije, a to je krajnje nepoželjno. Budući da se 60% smatra „zlatnom sredinom“ za pražnjenje, uzimamo rezervu energije za svaki od 100 A / h pri 600 W / h (1000 W / h x 60%). Početna baterija mora biti 100% napunjena iz nepokretne utičnice.
Zaloga bi trebala biti takva da je dovoljno za pokrivanje noćnog opterećenja, a ako je vrijeme oblačno, tada osigurajte potrebne parametre tokom dana, da sustav radi. Prekomjerne baterije su nepoželjne jer oni će stalno biti nedostižni i trajat će manje.
Najkompetentnije rješenje je baterija s rezervom koja pokriva dnevnu potrošnju energije. Definiramo ukupni kapacitet baterije: (10 000 W / h: 600 W / h) x 100 A / h = 1667 A / h Zbog toga će za opremanje solarne elektrane iz određenog primjera biti potrebno 16 AB kapaciteta 100 A / h ili 8 do 200. Vrsta veze serijski-paralelni.
Kako odabrati kontroler
Izbor regulatora ima svoje specifičnosti. Ispravno odabrani kontroler treba:
1. Da biste osigurali takvo višestupanjsko punjenje baterija, tako da se povećava njihov radni vijek.
2. Obavite automatsko koordinirano povezivanje / isključenje AB i solarne baterije u tandemu sa punjenjem ili pražnjenjem.
3. Ponovo priključite opterećenje iz solarne baterije na bateriju i obrnutim redoslijedom.
Regulator punjenja solarne energije mora biti u istoj prostoriji s baterijama. Da bi to postigli, njegovi ulazni parametri moraju odgovarati odgovarajućim vrijednostima solarnih modula, a izlaz mora imati isti napon kao i razlika potencijala unutar sustava.
Mnogo toga ovisi o tome je li upravljač odabran tako ispravno: rad baterije, kao i cijeli solarni sistem u cjelini. Ako budete sigurni da osvjetljenje prima snagu izravno od regulatora, možete uštedjeti novac kupujući pretvarač - kupite jeftiniju opciju.
Kako odabrati pretvarač Zadatak pretvarača je dugoročno osigurati vršno opterećenje.
To je moguće kad je njegov ulazni napon identičan razlici potencijala unutar sustava.
Najbolja opcija pri odabiru pretvarača je „Pretvarač s funkcijom regulatora“. Sljedeći su kriteriji važni: Oblik sinusnog vala i frekvencija struje pretvorene u izmjeničnu struju. Blizina sinusoida frekvencijom 50 Hz jamstvo je veće efikasnosti.
U idealnom slučaju, ako je ta brojka iznad 90%. Vlastita potrošnja uređaja trebala bi biti proporcionalna ukupnoj potrošnji energije Sunčevog sistema. Najbolje od svega - do 1%. Uređaj mora podnijeti dvostruka preopterećenja kratkog trajanja.
Savjeti i primjeri izračuna dani u članku pomoći će u postavljanju kućne solarne elektrane. Pogodni su za veliku vikendicu i malu seosku kuću.
Šema rada solarnog napajanja
Kad pogledate tajanstveno zvučna imena čvorova koji čine solarni sustav napajanja, dobivate ideju o supertehničkoj složenosti uređaja.
Na mikro nivou života fotona to je tako. I očigledno je da opći krug električnog kruga i princip njegovog djelovanja izgledaju vrlo jednostavno. Od nebeske svjetiljke do „Iljičeve svjetiljke“ postoje samo četiri koraka.
Solarni moduli prva su komponenta elektrane. To su tanki pravokutni paneli sastavljeni od određenog broja standardnih ploča fotoćelija. Proizvođači razlikuju foto panele u električnoj snazi i naponu, umnoženi od 12 volti.
Uređaji ravnog oblika povoljno su smješteni na površinama izloženim direktnim zracima. Modularne jedinice međusobno su povezane povezivanjem solarne baterije. Zadatak baterije je pretvoriti primljenu energiju sunca, proizvodeći konstantnu struju određene vrijednosti.
Električni uređaji za pohranu napunjenja - baterije za solarne panele poznate su svima. Njihova uloga unutar sunčevog sustava za opskrbu energijom je tradicionalna. Kad su kućni potrošači povezani na centraliziranu mrežu, zalihe energije pohranjuju se u električnu energiju.
Oni također akumuliraju njezin višak, ako je struja solarnog modula dovoljna da osigura snagu koju troše električni uređaji.
Paket baterija daje krugu potrebnu količinu energije i održava stabilan napon čim njegova potrošnja poraste do povećane vrijednosti. Ista stvar se događa, na primjer, noću s praznim foto panoima ili za vrijeme sunčanog vremena.
Upravljač je elektronički posrednik između solarnog modula i baterija. Njegova uloga je da reguliše nivo baterije. Uređaj ne dopušta njihovo vrenje iz punjenja ili pada električnog potencijala ispod određene norme, neophodne za stabilan rad cijelog Sunčevog sustava.
Kada se preokrenemo, zvuk term pretvarača za solarne panele je tako doslovno objasnjen. Da, u stvari, ovaj uređaj obavlja funkciju koja se nekad činila fikciji inženjerima elektrotehnike.
Pretvara direktnu struju solarnog modula i baterija u izmjeničnu struju s potencijalnom razlikom od 220 volti. Upravo ovaj napon djeluje za veliku većinu kućanskih električnih uređaja.
Najveće opterećenje i prosječna dnevna potrošnja energije
Zadovoljstvo imati vlastitu solarnu stanicu još je puno. Prvi korak na putu posjedovanja snage solarne energije je utvrđivanje optimalnog vršnog opterećenja u kilovatima i racionalna prosječna dnevna potrošnja energije u kilovatskim satima kuće ili ljetne kućice.
Vrhovno opterećenje nastaje potrebom uključivanja nekoliko električnih uređaja odjednom i određuje se njihovom maksimalnom ukupnom snagom, uzimajući u obzir precijenjene početne karakteristike nekih od njih.
Proračun maksimalne potrošnje energije omogućava vam da identificirate vitalne potrebe za istodobnim radom električnih uređaja, a koji nisu vrlo. Ovaj indikator poštuje energetske karakteristike čvorova elektrane, to jest ukupne troškove uređaja.
Dnevna potrošnja električne energije jednog električnog uređaja mjeri se proizvodom njegove pojedinačne snage za vrijeme koje je radio iz mreže (trošila struju) jedan dan. Ukupna prosječna dnevna potrošnja energije izračunava se kao zbroj potrošene električne energije svakog potrošača u dnevnom periodu.
Rezultat potrošnje energije pomaže racionalizaciji potrošnje solarne električne energije. Rezultat izračuna važan je za daljnji izračun kapaciteta baterije. Cijena baterije, značajna komponenta sustava, još više ovisi o ovom parametru.
Priprema za aritmetičke proračune
Prvi stupac crta tradicionalni - serijski broj. Drugi stupac je naziv uređaja. Treća je njegova pojedinačna potrošnja energije.
Stupci od četvrtog do dvadeset sedmog su sati u danu od 00 do 24. U horizontalnu frakcijsku liniju u njih se upisuju sljedeći:
- u brojaču - vrijeme rada uređaja u periodu određenog sata u decimalnom obliku (0,0),
- nazivnik je ponovo njegova pojedinačna potrošnja energije (ovo ponavljanje je potrebno za izračunavanje satnog opterećenja).
Dvadeset osmi stupac ukupno je vrijeme koje kućanski aparat radi tijekom dana. U dvadeset i devetoj se bilježi lična potrošnja energije kao rezultat množenja pojedine potrošnje električne energije s radnim vremenom u dnevnom periodu.
Trideseti stupac je također standardni - napomena. Korisno je za srednje izračune.
Specifikacija potrošača
Sljedeća faza izračuna je transformacija obrasca bilježnice u specifikaciju za kućne potrošače električne energije. Prvi stupac je jasan. Evo brojeva linija.
U drugom stupcu nalaze se nazivi potrošača energije. Preporučuje se početi punjenje hodnika električnim uređajima. Sljedeće opisuje ostale prostorije u smjeru suprotnom od kazaljke na satu (ili po želji).
Ako postoji drugi (itd.) Sprat, postupak je isti: od stepenica - kružni tok. Istovremeno, ne treba zaboraviti na stepenišne uređaje i uličnu rasvjetu.
Treće je stupac napuniti snagom suprotnom od naziva svakog električnog uređaja uz put zajedno s drugim.
Stupci od četiri do dvadeset i sedam odgovaraju svakom njihovom satu dana. Radi praktičnosti mogu se odmah precrtati vodoravnim linijama u sredini linija. Rezultirajuće gornje polovine linija su poput brojeva, a donje polovine su nazivnici.
Ti se stupci popunjavaju jedan po jedan red. Brojevi se selektivno oblikuju kao vremenski intervali u decimalnom formatu (0,0), odražavajući vrijeme rada određenog električnog uređaja u određenom satnom razdoblju. Paralelno s brojačima, u nazivnike se unose indikator snage uređaja iz trećeg stupca.
Nakon što su svi stupci na satu puni, nastavljaju se s izračunavanjem pojedinačnih dnevnih radnih sati električnih uređaja, krećući se duž linija. Rezultati se bilježe u odgovarajućim ćelijama dvadeset i osme kolone.
Na osnovu snage i radnog vremena dnevno se izračunava dnevna potrošnja svih potrošača. Zabilježeno je u ćelijama dvadeset devetog stupca.
Kada su svi redovi i stupci specifikacije popunjeni, izračunavaju se zbrojevi. Dodavanjem grafičke snage iz nazivnika satnih stupaca, dobiva se opterećenje svakog sata. Sumirajući pojedinačnu dnevnu potrošnju dvadeset devetog stupca od vrha do dna, oni pronalaze ukupni dnevni prosjek.
U izračun se ne uključuje sopstvena potrošnja budućeg sistema. Ovaj faktor se u kasnijim završnim proračunima uzima u obzir pomoćnim koeficijentom.
Analiza i optimizacija podataka
Ako se solarna energija planira kao rezerva, podaci o satnoj potrošnji električne energije i ukupnoj prosječnoj dnevnoj potrošnji energije pomažu umanjiti potrošnju skupe solarne električne energije.
To se postiže eliminacijom energetski intenzivnih potrošača iz upotrebe do obnove centraliziranog napajanja, posebno u vrijeme najviših sati.
Ako je solarni sustav električne energije zamišljen kao izvor stalnog napajanja, tada se rezultati satnih opterećenja guraju naprijed. Važno je raspodijeliti potrošnju električne energije tijekom dana na način da se uklone mnogo više prevladavajući vrhovi i oštri padovi.
Isključivanje vršnih vrijednosti, izjednačavanje maksimalnih opterećenja, uklanjanje oštrih padova u potrošnji energije s vremenom vam omogućuje odabir najekonomičnijih opcija čvorova Sunčevog sustava i osiguravanje stabilnog, najvažnijeg, nesmetanog dugoročnog rada solarne stanice.
Na predstavljenom crtežu prikazana je transformacija dobivena na temelju sastavljenih specifikacija iracionalnog rasporeda u optimalni. Pokazatelj dnevne potrošnje smanjen je sa 18 na 12 kW / h, prosječno opterećenje po satu sa 750 na 500 vata.
Isti princip optimalnosti koristan je kada koristite opciju napajanja od sunca kao rezervnu kopiju. Nepotrebno je trošiti novac na povećanje snage solarnih modula i baterija radi nekih privremenih neugodnosti.
Odabir čvorova u solarnim elektranama
Da bismo pojednostavili izračunavanje, razmotrit ćemo verziju upotrebe solarne baterije kao glavnog izvora za opskrbu električnom energijom. Potrošač će biti uslovna seoska kuća u regiji Ryazan, u kojoj stalno borave od marta do septembra.
Praktični proračuni temeljeni na podacima racionalnog rasporeda satne potrošnje energije objavljenom gore, jasno će dati obrazloženje:
- Ukupna prosječna dnevna potrošnja energije = 12.000 vati / sat.
- Prosječna potrošnja = 500 vata.
- Maksimalno opterećenje 1200 vata.
- Najveće opterećenje 1200 x 1,25 = 1500 vata (+ 25%).
Vrijednosti će biti potrebne u proračunima ukupnog kapaciteta solarnih uređaja i drugih radnih parametara.
Određivanje radnog napona solarnog sistema
Interni radni napon bilo kojeg solarnog sistema zasnovan je na množini od 12 volti, kao što je najčešća ocjena akumulatora. Najrašireniji čvorovi solarnih stanica: solarni moduli, kontroleri, pretvarači - proizvode se pod popularnim naponom od 12, 24, 48 volta.
Veći napon omogućava upotrebu manjih opskrbnih žica - a to povećava pouzdanost kontakta. S druge strane, neispravne 12V mrežne baterije mogu se zamijeniti jedna po jedna.
U mreži od 24 volta, uzimajući u obzir specifičnosti rada baterija, morat ćete ih zamijeniti samo u paru. Za 48V mrežu bit će potrebne izmjene sve četiri baterije iste grane. Pored toga, pri 48 volti već postoji opasnost od električnog udara.
Glavni izbor nazivne vrijednosti unutarnje potencijalne razlike sustava povezan je s energetskim karakteristikama pretvarača koje proizvodi moderna industrija i mora uzeti u obzir vršno opterećenje:
- od 3 do 6 kW - 48 volti,
- od 1,5 do 3 kW - jednako 24 ili 48V,
- do 1,5 kW - 12, 24, 48V.
Odabir između pouzdanosti ožičenja i neugodnosti zamjene baterija, za naš se primjer usredotočit ćemo na pouzdanost. Ubuduće ćemo graditi na radnom naponu izračunatog sistema 24 volta.
Upotreba u medicini
Južnokorejski naučnici razvili su potkožnu solarnu ćeliju.Minijaturni izvor energije može se implantirati pod ljudsku kožu kako bi se osigurao nesmetan rad uređaja koji su ugrađeni u tijelo, na primjer, pejsmejkera. Takva baterija je 15 puta tanja od dlake i može se napuniti čak i ako se krema za sunčanje nanese na kožu.
Solarni moduli baterije
Formula za izračunavanje snage potrebne od solarne baterije izgleda ovako:
Pcm = (1000 * Da) / (k * Sin),
- Rcm = snaga solarne baterije = ukupna snaga solarnih modula (paneli, W),
- 1000 = prihvaćena fotoosjetljivost fotoelektričnih pretvarača (kW / m²)
- Jesti = potreba za dnevnom potrošnjom energije (kW * h, u našem primjeru = 18),
- k = sezonski koeficijent uzimajući u obzir sve gubitke (ljeto = 0,7, zima = 0,5),
- Sin = tabulirana vrijednost insolacije (protok sunčevog zračenja) sa optimalnim nagibom ploče (kW * h / m²).
Vrijednost insolacije možete saznati od regionalne meteorološke službe.
Optimalni kut nagiba solarnih panela jednak je zemljopisnoj širini:
- u proleće i jesen,
- plus 15 stepeni - zimi,
- minus 15 stepeni tokom leta.
Regija Ryazan razmatrana u našem primjeru nalazi se na 55. zemljopisnoj širini.
Za vrijeme od ožujka do rujna najbolji je neregulirani nagib solarne baterije jednak ljetnom kutu od 40⁰ prema zemljinoj površini. Ovom instalacijom modula prosječna dnevna insolacija Ryazana u ovom periodu iznosi 4,73. Svi brojevi su tu, napravimo izračun:
Pcm = 1000 * 12 / (0,7 * 4,73) ≈ 3 600 vata.
Ako kao osnovu solarne baterije uzmemo 100-vatne module, tada će biti potrebno njih 36. Težit će 300 kilograma i zauzimati površinu veličine oko 5 x 5 m.
Ovdje su prikazani dijagrami ožičenja i opcije za povezivanje solarnih panela.
Učinkovitost fotoćelija i modula
Snaga fluksa sunčevog zračenja na ulazu u Zemljinu atmosferu (AM0) iznosi oko 1366 vata po kvadratnom metru (vidi također AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D). Istovremeno, specifična snaga sunčevog zračenja u Europi u vrlo oblačno vrijeme čak i tokom dana može biti manja od 100 W / m² [ izvor nije naveden 1665 dana ]. Uz pomoć uobičajenih industrijskih proizvedenih solarnih ćelija moguće je pretvoriti ovu energiju u električnu energiju s djelotvornošću od 9-24% [ izvor nije naveden 1665 dana ]. U isto vrijeme, cijena baterije bit će oko 1-3 američkih dolara po vatu nazivne snage. Za industrijsku proizvodnju električne energije koja koristi fotoćelije, cijena po kWh iznosit će 0,25 USD. Prema Europskom fotonaponskom udruženju (EPIA), do 2020. godine troškovi električne energije proizvedeni od „solarnih“ sistema spuštat će se na manje od 0,10 € po kW · h za industrijske instalacije i manje od 0,15 € po kWh za instalacije u stambenim zgradama [ neautoritativni izvor? ] .
Solarne ćelije i moduli dijele se ovisno o tipu i to su: monokristalni, polikristalni, amorfni (fleksibilni, filmski).
2009. godine Spectrolab (podružnica Boeinga) pokazao je solarnu ćeliju sa efikasnošću od 41,6%. U januaru 2011. očekivalo se da će ova kompanija ući na tržište solarnih ćelija sa efikasnošću od 39%. U 2011. godini kalifornijska kompanija Solar Junction postigla je efikasnost fotoćelija 5,5 × 5,5 mm od 43,5%, što je 1,2% više od prethodnog rekorda.
Morgan Solar je 2012. stvorio Sun Simba sistem polimetilmetakrilata (pleksiglasa), germanijuma i galijum arsenida, kombinirajući koncentrator sa panelom na koji je montirana fotoćelija. Učinkovitost sistema sa stacionarnim panelima iznosi 26-30% (ovisno o doba godine i ugla pod kojim se nalazi sunce), dvostruko prelazeći praktičnu efikasnost solarnih ćelija na bazi kristalnog silicijuma.
U 2013. godini Sharp je stvorio troslojnu fotoceliju dimenzija 4 × 4 mm na osnovi arsenida indija galija sa 44,4% efikasnosti, a stvorio je tim stručnjaka iz Fraunhofer instituta za solarne energetske sisteme, Soitec, CEA-Leti i Helmholtz Berlin Center koristeći Fresnel leće fotoćeliju s efikasnošću od 44,7%, nadmašivši vlastito postignuće od 43,6% [ neautoritativni izvor? ]. U 2014. godini Institut za solarne energije Fraunhofer stvorio je solarne panele u kojima je efikasnost bila 46% zbog fokusiranja svjetlosti na vrlo malo fotoćelije [ neautoritativni izvor? ] .
Španjolski naučnici su 2014. godine razvili fotonaponsku ćeliju od silicijuma, sposobnu pretvoriti solarno infracrveno zračenje u električnu energiju.
Obećavajući smjer je stvaranje fotoćelija na bazi nanoantena, koje djeluju na izravno ispravljanje struja indukovanih u maloj anteni (veličine 200-300 nm) svjetlošću (to jest, elektromagnetskim zračenjem frekvencije veličine 500 THz). Nanoantene ne zahtijevaju skupe sirovine za proizvodnju i imaju potencijalnu efikasnost i do 85%.
Također, u 2018., otkrićem fleksfotovoltaičnog efekta otkrivena je mogućnost povećanja učinkovitosti fotoćelija., A također zbog produženja vijeka vrućih nosača (elektrona) teoretska granica njihove učinkovitosti porasla je s 34 odmah na 66 posto.
2019. Ruski naučnici sa Instituta za nauku i tehnologiju Skolkovo (Skoltech), Instituta za anorgansku hemiju, nazvani po A.V. Nikolaev iz sibirskog ogranka Ruske akademije nauka (SB RAS) i Institut za probleme hemijske fizike RAS dobili su fundamentalno novi poluvodički materijal za solarne ćelije, lišen većine nedostataka materijala koji se danas koriste. Skupina ruskih istraživača objavila je u časopisu Journal of Materials Chemistry A [en] rezultate rada na primjeni novog poluvodičkog materijala koji su razvili za solarne ćelije - složenog polimernog bizmut-jodida (<[Bi3Ja10]> i <[BiI4]>), strukturno sličan mineralnom perovksitu (prirodni kalcijum titanat), koji je pokazao rekordnu stopu pretvaranja svjetlosti u električnu energiju. Ista grupa znanstvenika stvorila je drugi sličan poluvodič na osnovu složenog antimonovog bromida sa strukturom nalik perovksitu.
Tip | Koeficijent pretvorbe fotoelektrične energije,% |
---|---|
Silicijum | 24,7 |
Si (kristalni) | |
Si (polikristalni) | |
Si (prijenos tankog filma) | |
Si (tanki filmski podmodul) | 10,4 |
III-V | |
GaAs (kristalni) | 25,1 |
GaAs (tanki film) | 24,5 |
GaAs (polikristalni) | 18,2 |
InP (kristalni) | 21,9 |
Tanki filmovi halkogenida | |
CIGS (fotoćelija) | 19,9 |
CIGS (podmodul) | 16,6 |
CdTe (fotoćelija) | 16,5 |
Amorfni / nanokristalni silicijum | |
Si (amorfni) | 9,5 |
Si (nanokristalni) | 10,1 |
Fotohemijska | |
Na osnovu organskih boja | 10,4 |
Na bazi organskih boja (podmodula) | 7,9 |
Organski | |
Organski polimer | 5,15 |
Slojevito | |
GaInP / GaAs / Ge | 32,0 |
GaInP / GaAs | 30,3 |
GaAs / CIS (tanki film) | 25,8 |
a-Si / mc-Si (tanki podmodul) | 11,7 |
Raspored akumulatora
Prilikom odabira baterije morate se voditi postulatima:
- Uobičajene automobilske baterije NISU pogodne za tu svrhu. Baterije za solarnu energiju su označene sa "SOLAR".
- Nabavite baterije moraju biti identične u svakom pogledu, po mogućnosti iz jedne tvorničke serije.
- Prostor u kojem se nalazi baterija treba biti topao. Optimalna temperatura kada baterije daju punu snagu = 25 ° C. Kada se smanji na -5⁰C, kapacitet baterije smanjuje se za 50%.
Ako za proračun uzmemo eksponencijalnu bateriju napona od 12 volti i kapaciteta 100 ampera / sat, nije teško izračunati, jer će tijekom čitavog sata moći potrošačima pružiti ukupnu snagu od 1200 vati. Ali to je sa potpunim pražnjenjem, što je krajnje nepoželjno.
Dugo trajanje baterije NIJE preporučljivo smanjivati njihovo napunjenje ispod 70%. Granična vrijednost = 50%. Uzimajući 60% kao sredinu, kao osnovu za naknadne proračune stavljamo rezervu energije od 720 W / h na svakih 100 A * h kapacitivne komponente baterije (1200 W / h x 60%).
U početku se baterije moraju postavljati 100% napunjene iz stacionarnog izvora struje. Baterije moraju u potpunosti pokriti opterećenje mraka. Ako niste sretni sa vremenskim prilikama, održavajte potrebne parametre sistema tokom dana.
Važno je uzeti u obzir da će prekomjerna količina baterija dovesti do njihovog stalnog podcjenjivanja. To će značajno smanjiti vijek trajanja. Najracionalnije rješenje je opremiti jedinicu baterijama s rezervom energije dovoljnom da pokrije jednu dnevnu potrošnju energije.
Da biste saznali potrebni ukupni kapacitet baterije, podijelimo ukupnu dnevnu potrošnju energije od 12 000 W / h na 720 W / h i pomnožimo sa 100 A * h:
12 000/720 * 100 = 2500 A * h ≈ 1600 A * h
Ukupno, za naš primjer, potrebne su nam 16 baterija kapaciteta 100 ili 8 na 200 Ah *, spojene serijski-paralelno.
Čimbenici koji utječu na efikasnost fotoćelija
Strukturne karakteristike solarnih ćelija uzrokuju smanjenje performansi panela sa povećanjem temperature.
Djelomično zatamnjenje ploče uzrokuje pad izlaznog napona zbog gubitaka u neosvijetljenom elementu, koji počinje djelovati kao parazitsko opterećenje. Taj se nedostatak može otkloniti instaliranjem obilaznice na svakoj fotoćeliji panela. U oblačnom vremenu, u nedostatku direktne sunčeve svetlosti, ploče koje koriste leće za koncentriranje zračenja postaju krajnje neučinkovite, jer nestaje efekt sočiva.
Iz radnih svojstava fotonaponskog panela vidi se da je za postizanje maksimalne učinkovitosti potreban ispravan odabir otpora opterećenja. Za to, fotonaponski paneli nisu direktno povezani sa opterećenjem, već koriste regulator za upravljanje fotonaponskim sistemima, što osigurava optimalan rad panela.
Odabir dobrog kontrolera
Pravilni odabir regulatora napunjenosti baterije (baterija) vrlo je specifičan zadatak. Njegovi ulazni parametri trebaju odgovarati odabranim solarnim modulima, a izlazni napon treba odgovarati internoj razlici potencijala Sunčevog sustava (u našem primjeru 24 volta).
Dobar kontroler mora osigurati:
- Napunjenje baterija u više faza koje za višestruko produžuju životni vijek.
- Automatska međusobna, baterijska i solarna baterija, isključenje veze u korelaciji sa nabojem-pražnjenjem.
- Ponovno spajanje opterećenja iz baterije na solarnu bateriju i obrnuto.
Ovaj mali čvor je vrlo važna komponenta.
Ispravan izbor regulatora ovisi o nesmetanom radu skupog akumulatora i uravnoteženosti cijelog sustava.
Izbor najboljeg pretvarača
Pretvarač je odabran tako da može osigurati dugotrajno vršno opterećenje. Njegov ulazni napon mora odgovarati internoj razlici potencijala Sunčevog sistema.
Za najbolji izbor preporučuje se obratiti pažnju na parametre:
- Oblik i učestalost generirane naizmjenične struje. Što je bliže sinusnom talasu od 50 Hz, to je bolje.
- Učinkovitost uređaja Što je više od 90% - to je divno.
- Vlastita potrošnja uređaja. Mora biti proporcionalan ukupnoj potrošnji energije u sistemu. U idealnom slučaju - do 1%.
- Sposobnost jedinice da izdrži kratkotrajna dvostruka preopterećenja.
Najkarakterističniji dizajn je pretvarač s ugrađenom funkcijom kontrolera.
Nedostaci solarne energije
- Potreba da se koriste velike površine,
- Solarna elektrana ne radi noću i ne radi dovoljno dobro u večernjim sumrakima, dok se vrhunac potrošnje električne energije događa upravo u večernjim satima,
- Unatoč čistoći dobivene energije iz okoliša, same fotoćelije sadrže otrovne tvari, primjerice olovo, kadmij, galij, arsen itd.
Solarne elektrane kritiziraju zbog visokih troškova, kao i niske stabilnosti složenih halogenida i toksičnosti ovih spojeva. Poluvodiči bez olova za solarne ćelije, na primer na osnovu bizmuta i antimona, trenutno su u aktivnom razvoju.
Zbog svoje niske učinkovitosti, koja u najboljem slučaju dostiže 20 posto, solarni paneli postaju vrlo vrući. Preostalih 80 posto solarne energije zagrijava solarne panele do prosječne temperature od oko 55 ° C. S porastom temperature fotonaponske ćelije za 1 ° njegova učinkovitost smanjuje se za 0,5%. Ta je ovisnost nelinearna, a porast temperature elementa za 10 ° dovodi do smanjenja učinkovitosti za gotovo faktor dva. Aktivni elementi rashladnih sustava (ventilatori ili pumpe) koji prenose rashladno sredstvo troše značajnu količinu energije, zahtijevaju periodično održavanje i smanjuju pouzdanost cijelog sustava. Pasivni sistemi hlađenja imaju vrlo slabe performanse i ne mogu se nositi sa zadatkom hlađenja solarnih panela.