El principio de funcionamiento y el dispositivo de los paneles solares.

El principio de funcionamiento de la batería solar.

El dispositivo está diseñado para convertir directamente los rayos del sol en electricidad. Esta acción se llama efecto fotoeléctrico. Los semiconductores (obleas de silicio), que se utilizan para fabricar elementos, tienen electrones con carga positiva y negativa y constan de dos capas, la capa n (-) y la capa p (+). El exceso de electrones bajo la influencia de la luz solar se elimina de las capas y ocupa lugares vacíos en otra capa. Esto hace que los electrones libres se muevan constantemente, moviéndose de una placa a otra, generando electricidad que se almacena en la batería.

El funcionamiento de una batería solar depende en gran medida de su diseño. Las celdas solares se hicieron originalmente de silicio.Todavía son muy populares, pero dado que el proceso de purificación del silicio es bastante laborioso y costoso, se están desarrollando modelos con fotocélulas alternativas a partir de compuestos de cadmio, cobre, galio e indio, pero son menos productivos.

La eficiencia de los paneles solares ha aumentado con el desarrollo de la tecnología. Hoy, esta cifra ha pasado del uno por ciento, que se registraba a principios de siglo, a más del veinte por ciento. Esto nos permite usar paneles hoy no solo para necesidades domésticas, sino también para producción.

Especificaciones

El dispositivo de batería solar es bastante simple y consta de varios componentes:

Directamente células solares / panel solar;

Un inversor que convierte la corriente continua en corriente alterna;

Controlador de nivel de batería.

Comprar baterías para paneles solares debe basarse en las funciones requeridas. Almacenan y distribuyen electricidad. El almacenamiento y consumo se produce durante todo el día, y por la noche sólo se consume la carga acumulada. Por lo tanto, hay un suministro constante y continuo de energía.

La carga y descarga excesiva de la batería acortará su vida útil. El controlador de carga de batería solar suspende automáticamente la acumulación de energía en la batería cuando ha alcanzado sus parámetros máximos, y apaga la carga del dispositivo cuando está muy descargada.

(Tesla Powerwall -una batería de panel solar de 7 kW- y carga domiciliaria para vehículos eléctricos)

El inversor de red para paneles solares es el elemento de diseño más importante. Convierte la energía recibida de los rayos del sol en corriente alterna de varias capacidades.Al ser un convertidor síncrono, combina la tensión de salida de la corriente eléctrica en frecuencia y fase con una red estacionaria.

Las fotocélulas se pueden conectar tanto en serie como en paralelo. La última opción aumenta los parámetros de potencia, voltaje y corriente y permite que el dispositivo funcione incluso si un elemento pierde funcionalidad. Los modelos combinados se fabrican utilizando ambos esquemas. La vida útil de las placas es de unos 25 años.

Elegir paneles solares para una casa privada.

Antes de comprar paneles solares para una casa particular, infórmese:

• Consumo diario de electricidad en la habitación;
• Un lugar para instalar paneles (dirigido hacia el sur, mientras que no debe haber sombra sobre ellos y se debe establecer el ángulo de inclinación apropiado);
• Las baterías se colocan en una habitación cálida a esta temperatura hasta 25 grados centígrados;
• Tenga en cuenta las cargas máximas de los aparatos eléctricos;
• Uso estacional o permanente del sistema.

Para regiones con mucha actividad lumínica, las baterías monocristalinas son las más adecuadas. Para una residencia de verano o una parcela personal, si se planea un uso estacional, los modelos policristalinos micromórficos son los más adecuados. Son relativamente económicos, perciben bien la luz lateral difusa y funcionan en ángulo cuando está nublado.

Ejemplo de cálculo

El área suburbana consume de 3 a 6 kWh de energía eléctrica, pero esta cifra puede ser mayor cuando se utiliza una gran cantidad de electrodomésticos o iluminación adicional en el hogar. Una cabaña de tres pisos consume de 20 a 50 kWh e incluso más. En base a la información proporcionada, haremos un cálculo.

La intensidad energética de la cabaña es de 7 kW (incluidas las pérdidas). Si la casa está ubicada en el sur, donde hay suficiente luz solar para el suministro de energía, se necesitarán alrededor de 20 baterías. La potencia de trabajo de un panel es de 400 vatios. Esta cantidad es suficiente para suministrar energía a un área suburbana donde vive permanentemente una familia de 4-6 personas.

Instalación

Al comprar productos de una empresa en particular, obtiene instrucciones y diagramas de cableado detallados, y puede instalar fuentes de alimentación ininterrumpida y paneles solares con sus propias manos. Pero si no quiere ocuparse de la instalación y configuración de sistemas o nunca lo ha hecho antes, confíe este trabajo a profesionales.

Los especialistas van al sitio y realizan la instalación y puesta en marcha de los equipos en poco tiempo. En promedio, la instalación de una planta de energía solar toma de uno a cuatro días, dependiendo de la complejidad del sistema, y ​​una fuente de alimentación ininterrumpida se instala en uno o dos días.

La instalación de los módulos solares se realiza de acuerdo con un esquema preaprobado, y todos los componentes del sistema; las baterías, los controladores de carga y los convertidores están instalados en un lugar conveniente y accesible para usted. La planta de energía es fácil de mantener. Los paneles solares tienen una superficie lisa. de vidrio especial, que no permite que se acumule nieve y polvo. Las baterías utilizadas para los sistemas solares no requieren mantenimiento y tienen una vida útil de hasta 10 años.

Puntas

Los expertos dan varias recomendaciones sobre cómo colocar y conectar correctamente los paneles solares.

En la mayoría de los casos, los productos que utilizan fuentes de energía alternativas se montan en el techo o en las paredes de la construcción de viviendas, y con menos frecuencia utilizan soportes especiales confiables.

En cualquier caso, los apagones deben excluirse por completo, es decir, las baterías deben orientarse de tal manera que no queden bajo la sombra de árboles altos y edificios vecinos.
La instalación de un conjunto de placas se realiza en filas, su disposición es paralela, en este sentido, es extremadamente importante asegurarse de que las filas superiores no proyecten sombra sobre las inferiores. Este requisito es muy importante, ya que el sombreado total o parcial provoca una reducción e incluso un cese completo de cualquier producción de energía, además, puede ocurrir el efecto de la formación de "corrientes inversas", que a menudo provocan averías en los equipos.

La orientación adecuada a la luz solar es fundamental para la eficiencia y eficacia de los paneles.

Es muy importante que la superficie reciba todos los rayos UV posibles. La orientación correcta se calcula en base a los datos de la ubicación geográfica del edificio

Por ejemplo, si los paneles se montan en el lado norte del edificio, entonces los paneles deben orientarse hacia el sur.
Igualmente importante es el ángulo general de inclinación de la estructura, también está determinado por la orientación geográfica de la estructura.Los expertos calcularon que este indicador debería corresponder a la latitud de la ubicación de la casa, y dado que el sol, según la época del año, cambia su ubicación sobre el horizonte varias veces, tiene sentido considerar ajustar el ángulo de instalación final de la pilas Por lo general, la corrección no supera los 12 grados.

• Las baterías deben colocarse de tal manera que brinden acceso libre a ellas, ya que en el frío invierno será necesario limpiarlas periódicamente para evitar que ataque la nieve y en la estación cálida, para eliminar las manchas de lluvia, lo que reduce significativamente la eficiencia. de usar pilas.
• Hasta la fecha, hay muchos modelos chinos y europeos de paneles solares a la venta, que difieren en costo, por lo que todos pueden instalar el modelo que sea óptimo para su presupuesto.

En conclusión, cabe señalar que nuestro planeta recibirá el mayor beneficio del uso de paneles solares, ya que esta fuente de energía no causa absolutamente ningún daño al medio ambiente. Si usted, como consumidor, se preocupa por el futuro de nuestra Tierra, el potencial de sus recursos terrestres y la conservación de los recursos naturales, entonces los paneles solares son la mejor opción.

Cómo instalar una batería solar en el techo de la casa, vea el siguiente video.

Conclusión sobre el tema.

Un enfoque profesional para la instalación de una planta de energía solar le permitirá tener en cuenta todos los factores, matices y evitar errores molestos.

Reglas generales para instalar paneles solares.

Al instalar paneles solares, es necesario tener en cuenta 5 factores, cuya combinación determina en última instancia el lugar y el método de instalación:

1. Disipación de calor
2. Sombra
3. Orientación
4. Inclinación
5. Disponibilidad para el servicio

Como se mencionó anteriormente, la disipación de calor juega un papel importante en el mantenimiento del rendimiento de las baterías. Es imprescindible dejar un espacio de ventilación entre el panel y el plano de instalación, y cuanto mayor sea, mejor. Por lo general, cuando se monta un marco o marco para montar módulos entre el panel y el plano, se dejan 5-10 centímetros. La ventilación máxima está asegurada cuando se monta en un marco o varilla separada.

Cualquier sombra que caiga sobre la batería desde árboles o edificios "apaga" la celda sombreada, lo que acelera la degradación de los costosos módulos monocristalinos y detiene por completo la generación de energía en los policristalinos. Los fabricantes ofrecen varias formas de minimizar el riesgo de un "punto caliente" debido a la interrupción del circuito eléctrico, que debe tenerse en cuenta al comprar. Pero es mejor instalar la batería de tal manera que la sombra "dura" no pueda caer sobre ella de ninguna manera. Una sombra "suave" debido a la niebla, las nubes o el smog no daña la batería, solo reduce la potencia de salida.

Debe orientar la batería hacia el sur, para que la insolación sea máxima. Todos los demás métodos de instalación son compromisos, y es mejor no considerarlos. No sería razonable gastar decenas de miles de rublos en la compra de módulos, pero no sería razonable orientar la batería hacia el sol. Los mapas de insolación para varias regiones de la Federación Rusa se publican en Internet y están disponibles públicamente. La franja central de Rusia se encuentra principalmente en la segunda zona de insolación, donde desde 1 sq. metros de un módulo solar ideal correctamente instalado pueden producir hasta 3 kWh/día.

La disponibilidad de una batería para la limpieza rápida de la superficie le permite realizar esta operación simple sin la participación de especialistas.En invierno, la superficie debe estar libre de nieve, en verano, del polvo y la suciedad causados ​​​​por el viento y la lluvia. Si hay un objeto en construcción cerca, la superficie de los módulos deberá limpiarse diariamente. La forma más fácil de hacerlo es con un chorro de agua de una manguera o cualquier cepillo para limpiar ventanas.

Cómo lograr la máxima eficiencia

Al comprar paneles solares para su hogar, es muy importante elegir un diseño que pueda proporcionar suficiente energía a su hogar. Se cree que la eficiencia de los paneles solares en tiempo nublado es de aproximadamente 40 W por 1 metro cuadrado por hora.

De hecho, en tiempo nublado, la potencia lumínica a nivel del suelo es de aproximadamente 200 vatios por metro cuadrado, pero el 40% de la luz solar es radiación infrarroja, a la que los paneles solares no son susceptibles. También vale la pena considerar que la eficiencia de la batería rara vez supera el 25%.

A veces, la energía de la luz solar intensa puede alcanzar los 500 W por metro cuadrado, pero los cálculos deben tener en cuenta las cifras mínimas, lo que hará que el sistema de suministro de energía autónomo sea ininterrumpido.

Todos los días el sol brilla una media de 9 horas, si tomamos la media anual. En un día, un metro cuadrado de la superficie del convertidor es capaz de generar 1 kilovatio de electricidad. Si los residentes de la casa consumen aproximadamente 20 kilovatios de electricidad por día, entonces el área mínima de los paneles solares debe ser de aproximadamente 40 metros cuadrados.

Sin embargo, tal indicador de consumo de electricidad en la práctica es raro. Por regla general, los inquilinos utilizarán hasta 10 kW por día.

Si hablamos de si los paneles solares funcionan en invierno, vale la pena recordar que en esta época del año la duración de las horas de luz se reduce considerablemente, pero si proporciona al sistema baterías potentes, entonces la energía recibida por día debería ser suficiente, teniendo en cuenta la presencia de una batería de respaldo.

Al elegir una batería solar, es muy importante prestar atención a la capacidad de las baterías. Si necesita paneles solares que funcionen de noche, entonces la capacidad de la batería de respaldo juega un papel clave. Además, el dispositivo debe ser resistente a la recarga frecuente.

Además, el dispositivo debe ser resistente a la recarga frecuente.

A pesar de que el costo de instalar paneles solares puede superar el millón de rublos, los costos se amortizarán en unos pocos años, ya que la energía solar es totalmente gratuita.

¿Cómo funciona una batería solar?

Todos los seres vivos de la tierra surgieron gracias a la energía del sol. Cada segundo, una gran cantidad de energía llega a la superficie del planeta en forma de radiación solar. Mientras quemamos miles de toneladas de carbón y derivados del petróleo para calentar nuestros hogares, los países más cercanos al ecuador languidecen bajo el calor. Utilizar la energía del sol para las necesidades humanas es una tarea digna para mentes inquisitivas. En este artículo, consideraremos el diseño de un convertidor directo de luz solar en energía eléctrica: una celda solar.

La delgada oblea consta de dos capas de silicio con diferentes propiedades físicas. La capa interna es silicio monocristalino puro con conductividad de orificio. En el exterior, está cubierto con una capa muy delgada de silicio "contaminado", por ejemplo, con una mezcla de fósforo. Se aplica un contacto de metal sólido en la parte posterior de la placa.En el límite de las capas n y p, como resultado del desbordamiento de cargas, se forman zonas empobrecidas con una carga de volumen positiva no compensada en el n-carga negativa de capa y volumen en la capa p. Estas zonas juntas forman una unión p-n.

La barrera de potencial que surge en la unión impide el paso de los portadores de carga mayoritarios, es decir electrones del lado de la capa p, pero pasan libremente portadores menores en direcciones opuestas. Esta propiedad de las uniones p-n determina la posibilidad de obtener foto-fem al irradiar células solares con luz solar. Cuando se ilumina el SC, los fotones absorbidos generan pares electrón-hueco que no están en equilibrio. Los electrones generados en la capa p cerca de la unión p-n se acercan a la unión p-n y son llevados a la región n por el campo eléctrico existente en ella.

De manera similar, el exceso de agujeros creados en la capa n se transfiere parcialmente a la capa p. Como resultado, la capa n adquiere una carga negativa adicional y la capa p adquiere una carga positiva. La diferencia de potencial de contacto inicial entre las capas p y n del semiconductor disminuye y aparece un voltaje en el circuito externo. El polo negativo de la fuente de corriente corresponde a la capa n y la capa p a la positiva.

La mayoría de las células solares modernas tienen una única unión p-n. En tal elemento, los portadores de carga libres son creados solo por aquellos fotones cuya energía es mayor o igual que la banda prohibida. En otras palabras, la respuesta fotoeléctrica de una sola celda de unión se limita a la parte del espectro solar cuya energía es mayor que la banda prohibida, y no se utilizan fotones de menor energía. Esta limitación se puede superar mediante estructuras multicapa de dos o más SC con diferentes intervalos de banda.Dichos elementos se denominan unión múltiple, cascada o tándem. Dado que trabajan con una porción mucho mayor del espectro solar, tienen una mayor eficiencia de conversión fotovoltaica. En una celda solar típica de múltiples uniones, las celdas fotovoltaicas individuales están dispuestas una detrás de la otra de tal manera que la luz del sol incide primero en la celda con la mayor brecha de banda, mientras que los fotones con la energía más alta son absorbidos.

Las baterías no funcionan con la luz solar, sino con la luz solar en principio. La radiación electromagnética llega a la tierra en cualquier época del año. Solo en tiempo nublado, se produce menos energía. Por ejemplo, instalamos luces autónomas que funcionan con energía solar. Por supuesto, hay períodos cortos en los que las baterías no tienen tiempo de cargarse por completo. Pero, en general, esto no sucede tan a menudo durante el invierno.

Curiosamente, incluso si cae nieve sobre el panel solar, sigue convirtiendo la energía solar. Y debido al hecho de que las fotocélulas se calientan, la nieve se descongela. El principio es el mismo que el de calentar el cristal de un coche.

Clima invernal perfecto para un día helado y despejado con batería solar. A veces, en esos días, incluso se pueden organizar registros de generación.

En invierno, la eficiencia del panel solar cae. En Moscú y la región de Moscú, en promedio, produce 8 veces menos electricidad por mes. Digamos que en el verano para el funcionamiento de un refrigerador, una computadora y la iluminación del techo en el hogar, se necesita 1 kW de energía, luego, en invierno, es mejor abastecerse de 2 kW para mayor confiabilidad.

Al mismo tiempo, en el Lejano Oriente, la duración de la luz solar es más larga, la eficiencia se reduce solo de una vez y media a dos veces. Y, por supuesto, cuanto más al sur, menor es la diferencia entre invierno y verano.

El ángulo de inclinación de los módulos también es importante. Puede establecer el ángulo universal para todo el año. Y puedes cambiar cada vez, dependiendo de la temporada. Esto no lo hacen los dueños de la casa, sino los especialistas que van al sitio.

Opciones de conexión solar

Los paneles solares se componen de varios paneles individuales. Para aumentar los parámetros de salida del sistema en forma de potencia, voltaje y corriente, los elementos se conectan entre sí, aplicando las leyes de la física.

La conexión de varios paneles entre sí se puede realizar utilizando uno de los tres esquemas de montaje de paneles solares:

• paralela;
• coherente;
• mezclado.

El circuito paralelo consiste en conectar terminales del mismo nombre entre sí, en los que los elementos tienen dos nodos comunes de convergencia de conductores y su ramificación.

Con un circuito paralelo, las ventajas están conectadas a las ventajas y las desventajas a las desventajas, como resultado de lo cual la corriente de salida aumenta y el voltaje de salida permanece dentro de los 12 voltios.

El valor de la máxima corriente de salida posible en un circuito paralelo es directamente proporcional al número de elementos conectados. Los principios para calcular la cantidad se dan en el artículo que recomendamos.

El circuito en serie implica la conexión de polos opuestos: el "más" del primer panel al "menos" del segundo. El "más" restante sin usar del segundo panel y el "menos" de la primera batería están conectados al controlador ubicado más adelante en el circuito.

Este tipo de conexión crea condiciones para el flujo de corriente eléctrica, en el que solo hay una forma de transferir el portador de energía desde la fuente hasta el consumidor.

Con una conexión en serie, el voltaje de salida aumenta y llega a 24 voltios, lo cual es suficiente para alimentar equipos portátiles, lámparas LED y algunos receptores eléctricos.

Un circuito en serie-paralelo o mixto se usa con mayor frecuencia cuando es necesario conectar varios grupos de baterías. Al aplicar este circuito, tanto el voltaje como la corriente se pueden aumentar en la salida.

Con un esquema de conexión en serie-paralelo, el voltaje de salida alcanza una marca, cuyas características son las más adecuadas para resolver la mayor parte de las tareas domésticas

Esta opción también es beneficiosa en el sentido de que en caso de falla de uno de los elementos estructurales del sistema, otras cadenas de conexión continúan funcionando. Esto aumenta significativamente la fiabilidad de todo el sistema.

Galería de imágenes

Foto de

Conexión de células solares

Número de paneles según necesidades

Conexión en serie de aparatos solares.

Conexión directa a luminarias.

El principio de ensamblar un circuito combinado se basa en el hecho de que los dispositivos dentro de cada grupo están conectados en paralelo. Y la conexión de todos los grupos en un circuito se realiza secuencialmente.

Al combinar diferentes tipos de conexiones, no será difícil ensamblar una batería con los parámetros necesarios.Lo principal es que el número de celdas conectadas debe ser tal que la tensión de funcionamiento suministrada a las baterías, teniendo en cuenta su caída en el circuito de carga, supere la tensión de las propias baterías y la corriente de carga de la batería al mismo tiempo. el tiempo proporciona la cantidad requerida de corriente de carga.