Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

 
 

Сайт электрика

Интересные электротехнические новинки, Как это устроено

Как устроены и работают солнечные батареи

Как устроены и работают солнечные батареи?В наше время практически каждый может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях (в научной литературе они называются фотоэлектрическими панелями).

Дорогостоящее оборудование со временем компенсируется возможностью получать бесплатную электроэнергию. Важно, что солнечные батареи – это экологически чистый источник энергии. За последние годы цены на фотоэлектрические панели упали в десятки раз и они продолжают снижаться, что говорит о больших перспективах при их использовании.

В классическом виде такой источник электроэнергии будет состоять из следующих частей: непосредственно, солнечной батареи (генератора постоянного тока), аккумулятора с устройством контроля заряда и инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный.

Солнечные батареи состоят из набора солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей), которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Большинство солнечных элементов производят из кремния, который имеет довольно высокую стоимость. Этот факт определят высокую стоимость электрической энергии, которая получается при использовании солнечных батарей.

фотоэлектричсекий преобразовательРаспространены два вида фотоэлектрических преобразователей: сделанные из монокристаллического и поликристаллического кремния. Они отличаются технологией производства. Первые имеют кпд до 17,5%, а вторые – 15%.

Наиболее важным техническим параметром солнечной батареи, которая оказывает основное влияние на экономичность всей установки, является ее полезная мощность. Она определяется напряжением и выходным током. Эти параметры зависят от интенсивности солнечного света, попадающего на батарею.

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

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

самодельная солнечная батареяНаибольшая мощность выделяется в нагрузке при некотором оптимальном ее сопротивлении Rопт, которое соответствует наибольшему коэффициенту полезного действия (кпд) преобразования световой энергии в электрическую. Для каждого преобразователя имеется свое значение Rопт, которая зависит от качества, размера рабочей поверхности и степени освещенности.

Солнечная батарея состоит из отдельных солнечных элементов, которые соединяются последовательно и параллельно для того, чтобы увеличить выходные параметры (ток, напряжение и мощность). При последовательном соединении элементов увеличивается выходное напряжение, при параллельном – выходной ток. Для того, чтобы увеличить и ток и напряжение комбинируют два этих способа соединения. Кроме того, при таком способе соединения выход из строя одного из солнечных элементов не приводит в выходу из строя всей цепочки, т.е. повышает надежность работы всей батареи.

Таким образом, солнечная батарея состоит из параллельно-последовательно соединенных солнечных элементов. Величина максимально возможного тока отдаваемого батареей прямо пропорциональна числу параллельно включенных, а э.д.с. - последовательно включенных солнечных элементов. Так комбинируя типы соединения собирают батарею с требуемыми параметрами.

солнечные элементыСолнечные элементы батареи шунтируются диодами. Обычно их 4 – по одному, на каждую ¼ часть батареи. Диоды предохраняют от выхода из строя части батареи, которые по какой-то причине оказались затемненными, т. е. если в какой-то момент времени свет на них не попадает. Батарея при этом временно генерирует на 25% меньшую выходную мощность, чем при нормальном освещении солнцем всей поверхности батареи.

При отсутствии диодов эти солнечные элементы будут перегреваться и выходить из строя, так как они на время затемнения превращаются в потребителей тока (аккумуляторы разряжаются через солнечные элементы), а при использовании диодов, они шунтируются и ток через них не идет. Диоды должны быть низкоомными, чтобы уменьшить на них падение напряжения. Для этих целей в последнее время используют диоды Шоттки.

Получаемая электрическая энергия накапливается в аккумуляторах, а затем отдается в нагрузку. Аккумуляторы – химические источники тока. Заряд аккумулятора происходит тогда, когда к нему приложен потенциал, который больше напряжения аккумулятора.

Число последовательно и параллельно соединенных солнечных элементов должно быть таким, чтобы рабочее напряжение подводимое к аккумуляторам с учетом падения напряжения в зарядной цепи немного превышало напряжение аккумуляторов, а нагрузочный ток батареи обеспечивал требуемую величину зарядного тока.

Например, для зарядки свинцовой аккумуляторной батареи 12 В необходимо иметь солнечную батарею состоящую из 36 элементов.

матеиалы для изготовления солнечной батареиПри слабом солнечном свете заряд аккумуляторной батареи уменьшается и батарея отдает электрическую энергию электроприемнику, т.е. аккумуляторные батареи постоянно работают в режиме разряда и подзаряда.

Это процесс контролируется специальным контроллером. При циклическом заряде требуется постоянное напряжение или постоянный ток заряда.

При хорошей освещенности аккумуляторная батарея быстро заряжается до 90% своей номинальной емкости, а затем с меньшей скоростью заряда до полной емкости. Переключение на меньшую скорость заряда производится контроллером зарядного устройства.

Наиболее эффективно использование специальных аккумуляторов – гелевых (в батарее в качестве электролита применяется серная кислота) и свинцовыех батарей, которые сделанны по AGM-технологии. Этим батареям не нужны специальные условия для установки и не требуется обслуживание. Паспортный срок службы таких батарей – 10 - 12 лет при глубине разряда не более 20%. Аккумуляторные батареи никогда не должны разряжаться ниже этого значения, иначе их срок службы резко сокращается!

Аккумулятор подсоединяется к солнечной батарее через контроллер, который контролирует ее заряд. При заряде батареи на полную мощность к солнечной батареи подключается резистор, который поглощает избыточную мощность.

Для того чтобы преобразовать постоянное напряжение от аккумуляторной батареи в переменное напряжение, которой можно использовать для питания большинства электроприемников совместно с солнечной батарей можно использовать специальные устройства – инверторы.

Без использования инвертора от солнечной батареи можно питать электроприемники, работающие на постоянном напряжении, в т.ч. различную портативную технику, энергосберегающие источники света, например, те же светодиодные лампы.

Читайте также по этой теме: Солнечные зарядные устройства для портативной техники

Андрей Повный


Сейчас самое время поделиться статьей и добавить ее в закладки!


Тематические разделы: Интересные электротехнические новинки, Как это устроено

Другие статьи:

  • Полимерные солнечные батареи
  • Контроллеры для солнечных батарей
  • Самодельные солнечные батареи и их промышленные аналоги
  • Двусторонние солнечные элементы
  • Солнечные электростанции для дома
  • Аккумулятор из древесных отходов

  •  
      Комментарии:

    #1 написал: Red | [цитировать]

     
     

    Довольно таки четко и понятно - спасибо!

      Комментарии:

    #2 написал: михаил | [цитировать]

     
     

    Да! Довольно четко и понятно, но давайте порассуждаем об обратном. К большому сожалению сейчас все построено на экономии, о чем поддтверждает сам автор. Посмотрим насколько экономично использование солнечных батарей. Кпд самых распространенных на данный момент батарей довольно низкое - всего 20%. Сделав несложные расчеты можно убедиться что с одного кв. метра батареи получим около 200 ватт электроэнергии. Если вспомнить еще сколько стоит вся электроника используемая в конструкции и как мало у нас солнечных дней то станет понятно что экономии на электроэнергиии, используя солнечные батареи, никак не получится.

      Комментарии:

    #3 написал: макс | [цитировать]

     
     

    Михаил, я с вами не согласен, у меня дома стоит  аккумулятор на 7 ампер часов номиналом 12 вольт, солнечная панелька площадью 21на 45 см дает ток 1.2 ампера  напряжением 14.8 вольт, а это 17 ватт постоянно, у меня 2 таких собранных панели итог, у меня 20-25 (в зависимости от угла освещения) ватт при солнечном свете, примерно от 8-15 в пасмурный день, от 0-8в любое остальное время (от времени суток) то есть осветить достаточно ярко проблем нет 1-2 комнаты

      Комментарии:

    #4 написал: Андрей | [цитировать]

     
     

    Везде много путаницы чем термин "солнечные батареи" отличаются от термина "солнечные панели". Как я понял из вашей статьи, получается, что солнечная батарея состоит из отдельных элементов, а уже солнечная панель, это когда все батареи собраны по определенной схеме на каком-то каркасе, т.е. можно сказать что т.н. солнечные панели могут состоять из нескольких солнечных батарей, которые в свою очередь собраны из набора фотоэлектрических преобразователей (солнечных элементов). Примерно так.

      Комментарии:

    #5 написал: Артем | [цитировать]

     
     

    На этом сайте http://www.sunbat.narod.ru/ Вы можете найти более 30 способов изготовления солнечных батарей

      Комментарии:

    #6 написал: andrei | [цитировать]

     
     

    Производительность солнечных панелей в зависимости от угла наклона и направленности относительно сторон света                                                                        
    юг-угол 0  93% угол 30  100% угол 60  91%  угол 90  68%                                          
    юго-запад- юго-восток - угол 0 93%  угол 30  96%  угол 60%  88%  угол 90  66%        
    восток и запад-угол 0  93%  угол 30  90%  угол 60  78%  угол 90  55%                        
    Отсюда видно лучшая производительность панелей направленных на юг под углом 30%

      Комментарии:

    #7 написал: Виталий | [цитировать]

     
     

    Ни где не могу найти такой простой зависимости, как зависимость мощности батареи от интенсивности соляризации. В характеристиках батареи даётся её номинальная (часто она же и максимальная) мощность при освещении 1кВт/м кв. А если эту батарею освещает поток мощностью 8кВт/м кв? 

      Комментарии:

    #8 написал: Алексей | [цитировать]

     
     

    Виталий,
    У нас в России максимальная мощность в Краснодарском крае около 7 КВт*ч/кв.м. в день. Там 100 Вт панель за день максимально может выдать 700 Вт. Если нужны дешевые панели, обращайтесь. Расчитаем, доставим.  

      Комментарии:

    #9 написал: methsky | [цитировать]

     
     

    А я думал что они используют энергию фотона, т.е количество конечной энергии не зависит от того солнечный день, или пасмурный, а от того обращено ли полушарие в котором ты находишься к солнцу (т.е дневное время) или наоборот. Я дико ошибался, теперь придется  мутить водородногелиевый синтез, а то эти ваши социальные нормы на свет честно говоря сильно выбешивают.

      Комментарии:

    #10 написал: Александр | [цитировать]

     
     

    Виталий,

    Если световой поток больше, то панель будет просто больше нагреваться, а мощности от этого больше не получится, т.к. 1 фотон выбивает с последней орбиты атома кремния один электрон. Если энергии фотона недостаточно для выбивания электрона, то он попросту отскакивает от него. Если энергии фотона в 5 раз больше, то это не значит что он выбьет 5 электронов. Это значит, что так же вылетит с орбиты один электрон, а остальная энергия преобразуется в тепловую.

      Комментарии:

    #11 написал: Дарья | [цитировать]

     
     

    Пожалуйста помогите. Пишу диплом на тему строительство промобъекта. Задалась вопросом экомного и энергоэффективного освещения. Вот что надумала: подключить солнечные панели к лампам накаливания (или любым другим источникам света). При этом лампы давая свет будут заодно подзаряжать панели. Понимаю что для зарядки нужна большая мощность чем при отдачи энергии поэтому предполагаю что потребуются лампы работающие от сети (чтоб покрыть разницу в энергии ). Одним словом система будет такая: лампа+электролампа=энергия на панель. Панель-энергия на лампу. Вот вопрос: Как и где можно узнать какой количество электроламп и какой ваттности мне потребуется допустим на кв.метр? Сколько потребуется солнечных панелей? И сколько можно будет подключить к панелям ламп на тот же злополучный кв.метр? Заранее спасибо! Извиняюсь за ошибки и отсутствие запятых (местами)-тел.работает не оч. хорошо данное сообщение написала только с 10 попытки.
    Р.S. Жду ответа. Еще раз спасибо. P.P.S. Для диплома нужны если не супер проверенные данные. Так хотя бы источники откуда можно их попытаться найти. 

      Комментарии:

    #12 написал: андрей | [цитировать]

     
     

    Здравствуйте уважаемая Дарья. Попробуйте посетить сайт trigada.ucoz.com

    На данном сайте собранна значительная библиотека книг по электричеству. Так же здесь присутствуют книги по интересующему вас вопросу. И в любой момент можно скачать интересующую вас книгу и прочесть ее. С уважением Андрей.

      Комментарии:

    #13 написал: Дмитрий | [цитировать]

     
     

    Согласен с Алексеем. У меня система панелей 2,4 кВт в Подмосковье. Вырабатывает в солнечный день в июле 17 кВт в сутки. Угол 45. Данные снимаю с контроллера Etracer 60А. Получается что со 100 Ватт панели вырабатывается 708 Ватт в сутки. Панели моно suoyang sy200wm.

      Комментарии:

    #14 написал: bvz | [цитировать]

     
     

    Интересно, как можно вырабатывать 708 Ватт в сутки, если в ваттах измеряется мощность. Мощность - это количество работы в единицу времени. А что такое мощность в единицу времени?

      Комментарии:

    #15 написал: Виталий Ким | [цитировать]

     
     

    Если панель вырабатывает в час 100 вт, то средний световой день равен 7 часам. 1008 7 =700 вт расчеты примерные...

    Средний солнечный день или сутки равен 7 часам. Умножьте 100*7 получим примерно 700 вт вырабатываемой энергии.

      Комментарии:

    #16 написал: УМНИК | [цитировать]

     
     

    Господа (и дамы)
    Чтоб избежать путаницы  давайте определимся: 
    Ватты - это МОЩНОСТЬ - тоесть способность произвести некую величину энергии за единицу времени.
    КОЛИЧЕСТВО же энергии - это (например) киловатт*час
    Панель имеет паспортную  мощность ( способность за 1 времени дать столько то энергии)
    но ВЫРАБАТЫВАЕТ она Вт*час энергии.
    То есть в Примере №15 если у товарища  панель мощностью 100 Вт и работает она 7 часов, то  за это время она выработает 100 вт * 7 часов = 700  Вт*час энергии
    ----
    Возьмем например  типовой утюг  мощностью 1000 Ватт
    За час работы он "съест"  1000  ватт*час  (что вы легко сможете  увидеть на квартирном электросчетчике)
    (кстати,  электросчетчик также показывает не Ватты - а  киловатт*час)
    Допустим также, что нам удалось накопить ( например в аккумуляторах) энергию  700 Вт*час (пример выше)
    Таким образом ,  от этой энергии  утюг проработает 700 Ватт*час (за день от батареи)  / 1000 Ватт (мощность утюга) = 0.7 часов (или 42 минуты)

      Комментарии:

    #17 написал: Артур | [цитировать]

     
     

    Существует одно огромное НО, солнечным батареям не нужен солнечный свет. А дальше додумывайте сами в чем смысл. 

    Добавление комментария
    Имя:*
    E-Mail:
    Комментарий:
    Введите код: *

    Электрика дома  | Электрообзоры  | Энергосбережение
    Секреты электрика | Источники света | Делимся опытом
    Домашняя автоматика | Электрика для начинающих
    Электромастерская | Электротехнические новинки

    Электрик Инфо - электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, обзоры электротехнических новинок, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.
    Copyright © 2008-2016 electrik.info
    Е-mail: electroby@mail.ru Сайт в Google+
    Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Сайт может содержать материалы 12+
    Перепечатка материалов сайта запрещена.

    Полезное

    Светодиодные лампы и светильники IEK