Hogyan működnek a napelemek?

Manapság szinte mindenki gyűjthet és bocsáthat rendelkezésre független napenergia-forrás (a tudományos irodalomban ezeket nevezik fotovoltaikus panelek).

A költséges berendezéseket idővel kompenzálja az a lehetőség, hogy ingyenes villamos energiát kapjanak. Fontos, hogy a napelemek környezetbarát energiaforrás legyenek. Az elmúlt években a fotovoltaikus panelek ára tízszeresre esett, és továbbra is csökken, ami nagy felhasználási kilátásokat jelez.

Klasszikus formában egy ilyen villamos energiaforrás a következő részekből áll: közvetlenül egy napelemes elemből (egyenáramú generátor), egy akkumulátor töltésvezérlő eszközzel és egy inverterből, amely egyenáramot váltakozó áramra konvertál.

A napelemek egy készletből állnak napelemek (fotovoltaikus konverterek)amelyek közvetlenül konvertálják a napenergiát elektromos energiává.

A legtöbb napelemet szilikonból készítik, ami meglehetősen magas költségekkel jár. Ez a tény határozza meg az elektromos energia magas költségeit, amelyet napelemek használatával lehet elérni.

Kétféle fotoelektromos átalakító általános: egykristályból és polikristályos szilíciumból készül. Eltérnek a gyártási technológiától. Az előbbi hatékonysága akár 17,5%, utóbbi pedig 15%.

A napkollektor legfontosabb műszaki paramétere, amely nagyban befolyásolja a teljes telepítés hatékonyságát, az nettó teljesítmény. A feszültség és a kimeneti áram határozza meg. Ezek a paraméterek az akkumulátor belépő napfény intenzitásától függnek.

Emf Az egyes napelemek (elektromotoros erő) nem függ a területüktől, és ha az akkumulátort a nap melegíti, körülbelül 0,4% / 1 g-ra csökken. C. A kimeneti áram a napsugárzás intenzitásától és a napelemek méretétől függ. Minél erősebb a napfény, annál nagyobb a napelemek által generált áram. A felhős időben a töltési áram és az energiateljesítmény jelentősen csökken. Ennek oka az akkumulátor által leadott áram csökkenése.

Ha a nap által megvilágított akkumulátort bizonyos teherhez Rн ellenállás zárja, akkor az I áramkör jelenik meg az áramkörben, amelynek értékét a fotoelektromos átalakító minősége, a fényerősség és a terhelési ellenállás határozza meg. A terhelés során felszabaduló Pн teljesítményt a Pн = InнUн termék határozza meg, ahol Un az akkumulátor érintkezőinek feszültsége.

A legnagyobb energiát a terhelés egy optimális Ropt ellenállásnál osztja el, amely megfelel a fényenergia elektromos energiává történő átalakításának legnagyobb hatékonysági együtthatójának (hatékonysága). Minden konverternek megvan a saját Ropt értéke, amely a munkafelület minőségétől, méretétől és a megvilágítás mértékétől függ.

Napelem külön napelemekből áll, amelyeket sorosan és párhuzamosan kapcsolnak össze a kimeneti paraméterek (áram, feszültség és teljesítmény) növelése érdekében. Az elemek soros csatlakoztatása esetén a kimeneti feszültség növekszik, míg ezzel párhuzamosan a kimeneti áram növekszik. Az áram és a feszültség növelése érdekében ez a két csatlakozási módszer kombinálva van. Ezen túlmenően ezzel a csatlakozási módszerrel az egyik napelem meghibásodása nem vezet az egész lánc meghibásodásához, azaz javítja a teljes akkumulátor megbízhatóságát.

Ilyen módon a napelemek párhuzamos sorozathoz csatlakoztatott napelemekből állnak. Az akkumulátor által megadott maximális lehetséges áramérték közvetlenül arányos a párhuzamosan csatlakoztatottak számával és az emf-vel- sorba kapcsolt napelemek. Tehát a csatlakozástípusok kombinálásával szerelje össze az akkumulátort a szükséges paraméterekkel.

Az akkumulátor napelemeit diódák csonkolják. Általában 4 ilyen van - egy az akkumulátor minden ¼ részére. A diódák megvédik az akkumulátor alkatrészeit a meghibásodásoktól, amelyek valamilyen okból elsötétülnek, vagyis ha egy bizonyos idõpontban a fény nem esik rájuk. Ugyanakkor az akkumulátor ideiglenesen 25% -kal kevesebb kimeneti energiát generál, mint a normál napfény esetén az akkumulátor teljes felületén.

Diódák hiányában ezek a napelemek túlmelegednek és meghibásodnak, mivel a tompítás időtartamáig aktuális fogyasztókká válnak (az akkumulátorok napelemeken keresztül merülnek le), és diódák használatakor megkerülik őket, és az áram nem áramlik rajtuk keresztül. A diódáknak alacsony ellenállásúaknak kell lenniük a feszültségesés csökkentése érdekében. Erre a célra a közelmúltban Schottky diódokat használtak.

A beérkezett villamos energiát az elemek tárolják, majd átviszik a rakományba. Elemek - kémiai áramforrások. Az akkumulátor töltése akkor fordul elő, amikor egy potenciált alkalmaznak rá, amely nagyobb, mint az akkumulátor feszültsége.

A sorban és párhuzamosan csatlakoztatott napelemek számának olyannak kell lennie, hogy az akkumulátorok számára biztosított üzemi feszültség, figyelembe véve a töltőáramkör feszültségcsökkenését, kissé meghaladja az akkumulátor feszültségét, és az akkumulátor terhelési árama biztosítja a töltési áram szükséges értékét.

Például egy 12 V-os ólom-sav akkumulátor töltéséhez 36 cellás napelemes akkumulátorral kell rendelkeznie.

Gyenge napfény esetén az akkumulátor töltése csökken és az akkumulátor elektromos energiát bocsát ki a tápegységre, azaz az újratölthető akkumulátorok folyamatosan működnek kisülési és újratöltési módban.

Ez a folyamat ellenőrzött. speciális vezérlő. Ciklikus töltéssel állandó feszültségre vagy állandó töltési áramra van szükség.

Jó fényviszonyok között az akkumulátor névleges kapacitásának 90% -áig gyorsan töltődik, majd alacsonyabb töltési sebességgel teljes kapacitásra. Az alacsonyabb töltési sebességre a töltő vezérlője vált át.

A speciális akkumulátorok leghatékonyabb felhasználása gél (kénsavat használnak elektrolitként az akkumulátorban) és ólom elemeket, amelyek AGM technológiával készülnek. Ezek az akkumulátorok nem igényelnek speciális beszerelési feltételeket és nem igényelnek karbantartást. Az ilyen elemek útlevele élettartama 10-12 év, legfeljebb 20% kisülési mélységgel. Az elemeket soha nem szabad lemeríteni ezen érték alatt, különben élettartamuk drasztikusan csökken!

Az akkumulátort a szolár elemhez egy vezérlőn keresztül csatlakoztatják, amely ellenőrzi a töltését. Ha az akkumulátort teljes energiával töltik, egy ellenállást csatlakoztatnak a napelemes akkumulátorhoz, amely felszívja a felesleges energiát.

Annak érdekében, hogy az akkumulátorról állandó feszültséget váltson váltakozó feszültségre, amely a legtöbb energiafogyasztót napelemes elemmel együtt képes táplálni, speciális eszközöket használhat - inverterek.

Inverterek használata nélkül a napenergia feszültségét napelemek táplálhatják, beleértve különféle hordozható berendezések, energiatakarékos fényforrások, például ugyanazok a LED-lámpák.

Olvassa el a témát is: Hordozható napelemes töltők