Het werkingsprincipe en het apparaat van zonnepanelen

Het werkingsprincipe van de zonnebatterij:

Het apparaat is ontworpen om zonnestralen direct om te zetten in elektriciteit. Deze actie wordt het foto-elektrisch effect genoemd. Halfgeleiders (siliciumwafels), die worden gebruikt om elementen te maken, hebben positief en negatief geladen elektronen en bestaan ​​uit twee lagen, de n-laag (-) en de p-laag (+). Overtollige elektronen onder invloed van zonlicht worden uit de lagen geslagen en nemen lege plekken in een andere laag in. Dit zorgt ervoor dat vrije elektronen constant bewegen, van de ene plaat naar de andere, en elektriciteit opwekken die in de batterij wordt opgeslagen.

Hoe een zonnebatterij werkt, hangt grotendeels af van het ontwerp. Zonnecellen werden oorspronkelijk gemaakt van silicium.Ze zijn nog steeds erg populair, maar omdat het proces van siliciumzuivering nogal bewerkelijk en kostbaar is, worden er modellen ontwikkeld met alternatieve fotocellen uit cadmium-, koper-, gallium- en indiumverbindingen, maar die zijn minder productief.

Het rendement van zonnepanelen is toegenomen met de ontwikkeling van technologie. Tegenwoordig is dit cijfer gestegen van één procent, dat aan het begin van de eeuw werd opgetekend, tot meer dan twintig procent. Hierdoor kunnen we vandaag de dag panelen niet alleen gebruiken voor huishoudelijke behoeften, maar ook voor productie.

Specificaties:

Het apparaat op zonne-energie is vrij eenvoudig en bestaat uit verschillende componenten:

Direct zonnecellen/zonnepaneel;

Een omvormer die gelijkstroom omzet in wisselstroom;

Batterijniveauregelaar.

Koop batterijen voor zonnepanelen moet gebaseerd zijn op de vereiste functies. Ze slaan elektriciteit op en distribueren deze. Opslag en verbruik vinden de hele dag plaats en 's nachts wordt alleen de opgebouwde lading verbruikt. Er is dus een constante en continue toevoer van energie.

Overmatig opladen en ontladen van de batterij verkort de levensduur. De laadregelaar van de zonnebatterij onderbreekt automatisch de accumulatie van energie in de batterij wanneer deze zijn maximale parameters heeft bereikt, en schakelt de belasting van het apparaat uit wanneer deze zwaar ontladen is.

(Tesla Powerwall - 7KW zonnepaneel batterij - en thuis opladen voor elektrische voertuigen)

De netomvormer voor zonnepanelen is het belangrijkste ontwerpelement. Het zet de energie die wordt ontvangen van de zonnestralen om in wisselstroom met verschillende capaciteiten.Omdat het een synchrone omzetter is, combineert het de uitgangsspanning van elektrische stroom in frequentie en fase met een stationair netwerk.

Fotocellen kunnen zowel in serie als parallel geschakeld worden. De laatste optie verhoogt de vermogens-, spannings- en stroomparameters en stelt het apparaat in staat om te werken, zelfs als een element functionaliteit verliest. Gecombineerde modellen worden gemaakt met behulp van beide schema's. De levensduur van de platen is ongeveer 25 jaar.

Zonnepanelen kiezen voor een privéwoning

Lees voordat u zonnepanelen voor een privéwoning koopt:

• Dagelijks elektriciteitsverbruik op de kamer;
• Een plaats voor het installeren van panelen (gericht op het zuiden, terwijl er geen schaduw op mag zijn en de juiste hellingshoek moet worden ingesteld);
• Batterijen worden bij deze temperatuur tot 25 graden Celsius in een warme ruimte geplaatst;
• Houd rekening met de piekbelastingen van elektrische apparaten;
• Seizoensgebonden of permanent gebruik van het systeem.

Voor regio's met een hoge lichtactiviteit zijn monokristallijne batterijen het meest geschikt. Voor een zomerresidentie of een persoonlijk perceel, als seizoensgebonden gebruik is gepland, zijn micromorfe polykristallijne modellen het meest geschikt. Ze zijn relatief goedkoop, nemen diffuus waar, zijlicht goed en werken schuin bij bewolkt weer.

rekenvoorbeeld

De buitenwijken verbruiken 3-6 kWh elektrische energie, maar dit cijfer kan hoger zijn bij het gebruik van een groot aantal elektrische apparaten of extra verlichting in huis. Een huisje met drie verdiepingen verbruikt 20 tot 50 kWh en zelfs meer. Op basis van de verstrekte gegevens maken wij een berekening.

De energie-intensiteit van het huisje is 7 kW (inclusief verliezen). Staat de woning op het Zuiden, waar voldoende zonlicht is voor de energievoorziening, dan zijn er ongeveer 20 accu's nodig. Het werkvermogen van één paneel is 400 watt. Deze hoeveelheid is voldoende om energie te leveren aan een buitenwijk waar een gezin van 4-6 personen permanent woont.

Installatie

Wanneer u producten van een bepaald bedrijf koopt, krijgt u gedetailleerde bedradingsschema's en instructies en kunt u ononderbroken stroomvoorzieningen en zonnepanelen met uw eigen handen installeren. Maar wilt u zich niet bezig houden met de installatie en configuratie van systemen of heeft u dit nog nooit gedaan, vertrouw dit werk dan toe aan professionals.

Specialisten gaan ter plaatse en voeren in korte tijd de installatie en inbedrijfstelling van apparatuur uit. De installatie van een zonne-energiecentrale duurt gemiddeld één tot vier dagen, afhankelijk van de complexiteit van het systeem, en een ononderbroken stroomvoorziening is binnen één tot twee dagen geïnstalleerd.

Installatie van zonnepanelen vindt plaats volgens een vooraf goedgekeurd schema en alle componenten van het systeem; batterijen, laadregelaars en omvormers worden op een voor u geschikte en toegankelijke plaats geïnstalleerd. De elektriciteitscentrale is gemakkelijk te onderhouden. Zonnepanelen hebben een glad oppervlak van speciaal glas, waardoor sneeuw en stof zich niet kunnen ophopen. Batterijen die worden gebruikt voor zonnesystemen zijn onderhoudsvrij en hebben een levensduur van maximaal 10 jaar.

Tips

Experts geven verschillende aanbevelingen voor het correct leggen en aansluiten van zonnepanelen.

Meestal worden producten die alternatieve energiebronnen gebruiken op het dak of op de muren van de woningbouw gemonteerd, minder vaak gebruiken ze speciale betrouwbare steunen.

In elk geval moeten stroomuitval volledig worden uitgesloten, dat wil zeggen dat de batterijen zo moeten worden geplaatst dat ze niet in de schaduw van hoge bomen en aangrenzende gebouwen vallen.
De installatie van een set platen wordt in rijen uitgevoerd, hun opstelling is parallel, in dit opzicht is het uiterst belangrijk om ervoor te zorgen dat de hogere rijen geen schaduw werpen op die eronder. Deze vereiste is erg belangrijk, omdat volledige of gedeeltelijke beschaduwing een vermindering en zelfs een volledige stopzetting van de energieproductie veroorzaakt, bovendien kan het effect van de vorming van "tegenstromen" optreden, wat vaak uitval van apparatuur veroorzaakt.

Een goede oriëntatie op zonlicht is van cruciaal belang voor de efficiëntie en effectiviteit van de panelen.

Het is erg belangrijk dat het oppervlak alle mogelijke UV-stralen opvangt. De juiste oriëntatie wordt berekend op basis van gegevens over de geografische locatie van het gebouw

Als de panelen bijvoorbeeld aan de noordkant van het gebouw worden gemonteerd, moeten de panelen op het zuiden worden gericht.
Even belangrijk is de algemene hellingshoek van de constructie, deze wordt ook bepaald door de geografische oriëntatie van de constructie.Experts hebben berekend dat deze indicator moet overeenkomen met de breedtegraad van de locatie van het huis, en aangezien de zon, afhankelijk van de tijd van het jaar, verschillende keren van locatie boven de horizon verandert, is het logisch om te overwegen de uiteindelijke installatiehoek van de batterijen. Meestal is de correctie niet groter dan 12 graden.

• De batterijen moeten zo worden geplaatst dat ze gratis toegang hebben, omdat het in de koude wintertijd nodig zal zijn om ze periodiek te reinigen van aanvallende sneeuw en in het warme seizoen - van regenvlekken, die de efficiëntie aanzienlijk verminderen van het gebruik van batterijen.
• Tot op heden zijn er veel Chinese en Europese modellen zonnepanelen te koop, die qua kosten verschillen, zodat iedereen het model kan installeren dat optimaal is voor zijn budget.

Concluderend moet worden opgemerkt dat onze planeet het meeste profijt zal hebben van het gebruik van zonnepanelen, aangezien deze energiebron absoluut geen schade aan het milieu toebrengt. Als u als consument geeft om de toekomst van onze aarde, het potentieel van haar landbronnen en het behoud van natuurlijke hulpbronnen, dan zijn zonnepanelen de beste keuze.

Hoe u een zonnebatterij op het dak van het huis installeert, zie de volgende video.

Conclusie over het onderwerp

Een professionele benadering van de installatie van een zonne-energiecentrale stelt u in staat rekening te houden met alle factoren, nuances en vervelende fouten te voorkomen.

Algemene regels voor het plaatsen van zonnepanelen

Bij het plaatsen van zonnepanelen is het noodzakelijk om rekening te houden met 5 factoren, waarvan de combinatie uiteindelijk bepalend is voor de plaats en wijze van installatie:

1. Warmteafvoer:
2. Schaduw
3. Oriëntatie
4. Helling
5. Beschikbaarheid voor service

Zoals hierboven vermeld, speelt warmteafvoer een belangrijke rol bij het handhaven van de prestaties van batterijen. Het is absoluut noodzakelijk om een ​​ventilatieopening te laten tussen het paneel en het installatievlak, en hoe groter deze is, hoe beter. Meestal blijft er bij het monteren van een frame of frame voor het monteren van modules tussen het paneel en het vliegtuig 5-10 centimeter over. Maximale ventilatie is gegarandeerd bij montage op een apart frame of stang.

Elke schaduw die van bomen of gebouwen op de batterij valt, "schakelt" de gearceerde cel uit, wat de degradatie van dure monokristallijne modules versnelt en de stroomopwekking in polykristallijne modules volledig stopt. Fabrikanten bieden verschillende manieren om het risico op een "hot spot" door onderbreking van het elektrische circuit te minimaliseren, waarmee bij de aankoop rekening moet worden gehouden. Maar het is beter om de batterij zo te installeren dat de "harde" schaduw er op geen enkele manier op kan vallen. Een "zachte" schaduw door mist, wolken of smog is niet schadelijk voor de batterij, het vermindert alleen het vermogen.

U moet de batterij naar het zuiden richten - zodat de zonnestraling maximaal is. Alle andere installatiemethoden zijn compromissen en het is beter om ze niet te overwegen. Het zou onredelijk zijn om tienduizenden roebel uit te geven aan de aankoop van modules, maar het zou onredelijk zijn om de batterij niet op de zon te richten. Instralingskaarten voor verschillende regio's van de Russische Federatie worden op internet gepubliceerd en zijn openbaar beschikbaar. De centrale strook van Rusland bevindt zich voornamelijk in de 2e zonnezone, waar vanaf 1 vierkante meter. meter van een goed geïnstalleerde ideale zonnemodule kan tot 3 kWh / dag produceren.

De beschikbaarheid van een batterij voor snelle reiniging van het oppervlak stelt u in staat om deze eenvoudige handeling uit te voeren zonder tussenkomst van specialisten.In de winter moet het oppervlak sneeuwvrij worden gemaakt, in de zomer - van stof en vuil veroorzaakt door wind en regen. Als er een object in aanbouw in de buurt is, dan zal het oppervlak van de modules dagelijks moeten worden schoongemaakt. De eenvoudigste manier om dit te doen is met een waterstraal uit een slang of een raamreinigingsborstel.

Hoe maximale efficiëntie te bereiken?

Bij het kopen van zonnepanelen voor uw woning is het van groot belang om een ​​ontwerp te kiezen dat uw woning van voldoende stroom kan voorzien. Er wordt aangenomen dat het rendement van zonnepanelen bij bewolkt weer ongeveer 40 W per vierkante meter per uur is.

In feite is bij bewolkt weer het lichtvermogen op grondniveau ongeveer 200 watt per vierkante meter, maar 40% van het zonlicht is infraroodstraling, waar zonnepanelen niet gevoelig voor zijn. Het is ook de moeite waard om te overwegen dat het batterijrendement zelden hoger is dan 25%.

Soms kan de energie van intens zonlicht 500 W per vierkante meter bereiken, maar de berekeningen moeten rekening houden met de minimumcijfers, waardoor het autonome stroomvoorzieningssysteem ononderbroken blijft.

Elke dag schijnt de zon gemiddeld 9 uur, als we het jaargemiddelde nemen. In één dag kan een vierkante meter van het oppervlak van de converter 1 kilowatt elektriciteit opwekken. Als er ongeveer 20 kilowatt elektriciteit per dag wordt verbruikt door de bewoners van het huis, dan moet de minimale oppervlakte van zonnepanelen ongeveer 40 vierkante meter zijn.

Een dergelijke indicator van het elektriciteitsverbruik is in de praktijk echter zeldzaam. Huurders zullen in de regel tot 10 kW per dag verbruiken.

Als we het hebben over de vraag of zonnepanelen in de winter werken, dan is het de moeite waard eraan te denken dat in deze tijd van het jaar de duur van de daglichturen sterk wordt verminderd, maar als u het systeem van krachtige batterijen voorziet, moet de ontvangen energie per dag zijn voldoende, rekening houdend met de aanwezigheid van een back-up batterij.

Bij het kiezen van een zonnebatterij is het erg belangrijk om te letten op de capaciteit van de batterijen. Als je zonnepanelen nodig hebt die 's nachts werken, dan speelt de capaciteit van de back-upbatterij een belangrijke rol. Ook moet het apparaat bestand zijn tegen veelvuldig opladen.

Ook moet het apparaat bestand zijn tegen veelvuldig opladen.

Ondanks het feit dat de kosten voor het installeren van zonnepanelen meer dan 1 miljoen roebel kunnen bedragen, zullen de kosten zich binnen enkele jaren terugbetalen, aangezien zonne-energie helemaal gratis is.

Hoe werkt een zonnebatterij?

Alle levende wezens op aarde zijn ontstaan ​​dankzij de energie van de zon. Elke seconde komt er een enorme hoeveelheid energie naar het oppervlak van de planeet in de vorm van zonnestraling. Terwijl we duizenden tonnen kolen en aardolieproducten verbranden om onze huizen te verwarmen, kwijnen landen dichter bij de evenaar weg in de hitte. De energie van de zon gebruiken voor menselijke behoeften is een waardige taak voor nieuwsgierige geesten. In dit artikel zullen we het ontwerp beschouwen van een directe omzetter van zonlicht in elektrische energie - een zonnecel.

De dunne wafer bestaat uit twee lagen silicium met verschillende fysische eigenschappen. De binnenste laag is puur monokristallijn silicium met geleidbaarheid van de gaten. Buiten is het bedekt met een heel dun laagje "verontreinigd" silicium, bijvoorbeeld met een mengsel van fosfor. Aan de achterzijde van de plaat is een massief metalen contact aangebracht.Op de grens van de n- en p-lagen ontstaan ​​als gevolg van de overloop van ladingen verarmde zones met een ongecompenseerde positieve volumelading in de n-laag en volume negatieve lading in p-laag. Deze zones vormen samen een pn-knooppunt.

De potentiële barrière die ontstaat op de kruising verhindert de doorgang van de hoofdladingsdragers, d.w.z. elektronen van de zijkant van de p-laag, maar passeren vrij kleine dragers in tegengestelde richtingen. Deze eigenschap van pn-overgangen bepaalt de mogelijkheid om foto-emf te verkrijgen bij het bestralen van zonnecellen met zonlicht. Wanneer de SC wordt verlicht, genereren de geabsorbeerde fotonen niet-evenwichtige elektron-gatparen. Elektronen die in de p-laag nabij de pn-overgang worden gegenereerd, naderen de pn-overgang en worden door het daarin aanwezige elektrische veld naar het n-gebied geleid.

Evenzo worden overtollige gaten die in de n-laag zijn gemaakt, gedeeltelijk overgebracht naar de p-laag. Als resultaat krijgt de n-laag een extra negatieve lading en de p-laag een positieve. Het initiële contactpotentiaalverschil tussen de p- en n-lagen van de halfgeleider neemt af en er verschijnt een spanning in het externe circuit. De negatieve pool van de stroombron komt overeen met de n-laag en de p-laag met de positieve.

De meeste moderne zonnecellen hebben een enkele pn-overgang. In zo'n element worden alleen vrije ladingsdragers gecreëerd door die fotonen waarvan de energie groter of gelijk is aan de band gap. Met andere woorden, de foto-elektrische respons van een enkele junctiecel is beperkt tot het deel van het zonnespectrum waarvan de energie hoger is dan de band gap, en fotonen met een lagere energie worden niet gebruikt. Deze beperking kan worden overwonnen door meerlagige structuren van twee of meer SC's met verschillende bandhiaten.Dergelijke elementen worden multi-junction, cascade of tandem genoemd. Omdat ze met een veel groter deel van het zonnespectrum werken, hebben ze een hogere fotovoltaïsche conversie-efficiëntie. In een typische multi-junction zonnecel zijn enkele fotovoltaïsche cellen zo achter elkaar gerangschikt dat zonlicht eerst de cel met de grootste bandgap raakt, terwijl de fotonen met de hoogste energie worden geabsorbeerd.

Batterijen werken niet van zonlicht, maar in principe van zonlicht. Elektromagnetische straling bereikt de aarde op elk moment van het jaar. Alleen bij bewolkt weer wordt er minder energie geproduceerd. Zo installeerden we autonome lampen op zonne-energie. Natuurlijk zijn er korte perioden waarin de batterijen geen tijd hebben om volledig op te laden. Maar over het algemeen gebeurt dit in de winter niet zo vaak.

Interessant is dat zelfs als er sneeuw op het zonnepaneel valt, het nog steeds zonne-energie omzet. En doordat de fotocellen opwarmen, ontdooit de sneeuw zelf. Het principe is hetzelfde als het verwarmen van het glas van een auto.

Perfect winterweer voor een ijzige wolkenloze dag op zonne-energie. Soms kunnen op zulke dagen zelfs generatieregisters worden geregeld.

In de winter daalt het rendement van het zonnepaneel. In Moskou en de regio Moskou produceert het gemiddeld 8 keer minder elektriciteit per maand. Laten we zeggen dat in de zomer voor de werking van een koelkast, computer en plafondverlichting thuis 1 kW aan energie nodig is, dan is het in de winter beter om 2 kW in te slaan voor betrouwbaarheid.

Tegelijkertijd is in het Verre Oosten de duur van de zonneschijn langer, de efficiëntie wordt slechts anderhalf tot twee keer verminderd. En natuurlijk, hoe zuidelijker, hoe kleiner het verschil tussen winter en zomer.

Ook de hellingshoek van de modules is belangrijk. U kunt de universele hoek voor het hele jaar instellen. En je kunt elke keer wisselen, afhankelijk van het seizoen. Dit wordt niet gedaan door de eigenaren van het huis, maar door specialisten die ter plaatse gaan.

Opties voor zonne-aansluiting

Zonnepanelen zijn opgebouwd uit meerdere losse panelen. Om de uitgangsparameters van het systeem in de vorm van vermogen, spanning en stroom te vergroten, zijn de elementen met elkaar verbonden, waarbij de wetten van de fysica worden toegepast.

De verbinding van meerdere panelen aan elkaar kan worden uitgevoerd met behulp van een van de drie montageschema's voor zonnepanelen:

• parallel;
• consequent;
• gemengd.

Het parallelle circuit omvat het met elkaar verbinden van terminals met dezelfde naam, waarbij de elementen twee gemeenschappelijke convergentieknooppunten van geleiders en hun vertakking hebben.

Bij een parallelschakeling zijn de plussen verbonden met de plussen en de minnen met de minnen, waardoor de uitgangsstroom toeneemt en de uitgangsspanning binnen 12 volt blijft

De waarde van de maximaal mogelijke uitgangsstroom in een parallelschakeling is recht evenredig met het aantal aangesloten elementen. De principes voor het berekenen van de hoeveelheid worden gegeven in het artikel dat we aanbevelen.

Het seriële circuit omvat de verbinding van tegengestelde polen: de "plus" van het eerste paneel met de "min" van het tweede. De resterende ongebruikte "plus" van het tweede paneel en de "min" van de eerste batterij zijn verbonden met de controller die zich verder langs het circuit bevindt.

Dit type verbinding schept voorwaarden voor de stroom van elektrische stroom, waarbij er maar één manier is om de energiedrager van de bron naar de consument over te dragen.

Met een seriële aansluiting neemt de uitgangsspanning toe en bereikt deze 24 volt, wat voldoende is om draagbare apparatuur, LED-lampen en sommige elektrische ontvangers van stroom te voorzien

Een serie-parallel of gemengd circuit wordt meestal gebruikt wanneer het nodig is om meerdere groepen batterijen aan te sluiten. Door deze schakeling toe te passen kan zowel de spanning als de stroom aan de uitgang worden verhoogd.

Met een serie-parallel verbindingsschema bereikt de uitgangsspanning een punt, waarvan de kenmerken het meest geschikt zijn voor het oplossen van het grootste deel van huishoudelijke taken

Deze optie is ook gunstig in die zin dat bij uitval van een van de constructieve elementen van het systeem, andere verbindingsketens blijven functioneren. Dit verhoogt de betrouwbaarheid van het gehele systeem aanzienlijk.

Afbeeldingengalerij

Foto van

Zonnecellen aansluiten

Aantal panelen afhankelijk van behoeften

Seriële aansluiting van zonne-apparaten

Directe aansluiting op verlichtingsarmaturen

Het principe van het samenstellen van een gecombineerd circuit is gebaseerd op het feit dat de apparaten binnen elke groep parallel zijn geschakeld. En de verbinding van alle groepen in één circuit wordt opeenvolgend uitgevoerd.

Door verschillende soorten verbindingen te combineren, zal het niet moeilijk zijn om een ​​batterij met de nodige parameters samen te stellen.Het belangrijkste is dat het aantal aangesloten cellen zodanig moet zijn dat de bedrijfsspanning die aan de batterijen wordt geleverd, rekening houdend met de daling in het laadcircuit, de spanning van de batterijen zelf overschrijdt en de laadstroom van de batterij tegelijkertijd tijd levert de benodigde hoeveelheid laadstroom.