Пристрій сонячних батарей і принцип роботи

Сонячна енергетика стає все більш популярною у всьому світі. У наш час практично кожен може зібрати і отримати в своє розпорядження незалежне джерело електроенергії на сонячних батареях (В науковій літературі вони називаються фотоелектричними панелями).

Дороге обладнання з часом компенсується можливістю отримувати безкоштовну електроенергію. Важливо, що сонячні батареї - це екологічно чисте джерело енергії. За останні роки ціни на фотоелектричні панелі впали в десятки разів і вони продовжують знижуватися, що свідчить про великі перспективи при їх використанні.

У класичному вигляді таке джерело електроенергії буде складатися з наступних частин:

• безпосередньо, сонячної батареї (генератора постійного струму),
• акумулятора з пристроєм контролю заряду,
• інвертора , Який перетворює постійний струм в змінний.

Сонячні батареї складаються з набору сонячних елементів (фотоелектричних перетворювачів), які безпосередньо перетворюють сонячну енергію в електричну.

Більшість сонячних елементів виробляють з кремнію, який має досить високу вартість. Цей факт визначать дорожнечу електричної енергії, яка виходить при використанні сонячних батарей.

Поширені два види фотоелектричних перетворювачів: зроблені з монокристалічного і полікристалічного кремнію. Вони відрізняються технологією виробництва. Перші мають ккд до 17,5%, а другі - 15%.

Найбільш важливим технічним параметром сонячної батареї, яка робить основний вплив на економічність всієї установки, є її корисна потужність. Вона визначається напругою і вихідним струмом. Ці параметри залежать від інтенсивності сонячного світла, що потрапляє на батарею.

Електрорушійна сила окремих сонячних елементів не залежить від їх площі та знижується при нагріванні батареї сонцем, приблизно на 0,4% на 1 гр. С. Вихідний струм залежить від інтенсивності сонячного випромінювання і розміру сонячних елементів. Чим яскравіше сонячне світло, тим більший струм генерується сонячними елементами. Зарядний струм і потужність, в похмуру погоду різко знижується. Це відбувається за рахунок зменшення віддається батареєю струму.

Якщо освітлена сонцем батарея замкнута на будь-яку навантаження з опором Rн, то в ланцюзі з'являється електричний струм I, величина якого визначається якістю фотоелектричного перетворювача, інтенсивністю освітлення і опором навантаження. Потужність Pн, яка виділяється в навантаженні визначається твором Pн = IнUн, де Uн напруга на затискачах батареї.

Найбільша потужність виділяється в навантаженні при деякому оптимальному її опорі Rопт, яке відповідає найбільшому коефіцієнту корисної дії (ККД) перетворення світлової енергії в електричну. Для кожного перетворювача є своє значення Rопт, яка залежить від якості, розміру робочої поверхні і ступеня освітленості.

Сонячна батарея складається з окремих сонячних елементів, які з'єднуються послідовно і паралельно для того, щоб збільшити вихідні параметри (струм, напруга і потужність). При послідовному з'єднанні елементів збільшується вихідна напруга, при паралельному - вихідний струм.

Для того, щоб збільшити і струм і напруга комбінують два цих способу з'єднання. Крім того, при такому способі з'єднання вихід з ладу одного з сонячних елементів не призводить до виходу з ладу всього ланцюжка, тобто підвищує надійність роботи всієї батареї.

Таким чином, сонячна батарея складається з паралельно-послідовно з'єднаних сонячних елементів. Величина максимально можливого струму віддається батареєю прямо пропорційна числу паралельно включених, а електрорушійна сила - послідовно включених сонячних елементів. Так, комбінуючи типи з'єднання, збирають батарею з необхідними параметрами.

Сонячні елементи батареї шунтуються діодами. Зазвичай їх 4 - по одному, на кожну ¼ частина батареї. Діоди оберігають від виходу з ладу частини батареї, які з якоїсь причини виявилися затемненими, т. Е. Якщо в якийсь момент часу світло на них не потрапляє.

Батарея при цьому тимчасово генерує на 25% меншу вихідну потужність, ніж при нормальному освітленні сонцем всій поверхні батареї.

При відсутності діодів ці сонячні елементи будуть перегріватися і виходити з ладу, так як вони на час затемнення перетворюються в споживачів струму ( акумулятори розряджаються через сонячні елементи), а при використанні діодів вони шунтуються і струм через них не йде.

Отримана електрична енергія накопичується в акумуляторах, а потім віддається в навантаження. Акумулятори - хімічні джерела струму. Заряд акумулятора відбувається тоді, коли до нього додається потенціал, який більше напруги акумулятора.

Число послідовно і паралельно з'єднаних сонячних елементів повинно бути таким, щоб робоча напруга підводиться до акумуляторів з урахуванням падіння напруги в зарядної ланцюга трохи перевищувала напругу акумуляторів, а навантажувальний струм батареї забезпечував необхідну величину зарядного струму.

Наприклад, для зарядки свинцевою акумуляторної батареї 12В необхідно мати сонячну батарею складається з 36 елементів.

При слабкому сонячному світлі заряд акумуляторної батареї зменшується і батарея віддає електричну енергію електроприймачів, тобто акумуляторні батареї постійно працюють в режимі розряду і підзарядки.

Це процес контролюється спеціальним контролером . При циклічному заряді потрібне постійне напруження або постійний струм заряду.

При гарній освітленості акумуляторна батарея швидко заряджається до 90% своєї номінальної ємності, а потім з меншою швидкістю заряду до повної ємності. Перемикання на меншу швидкість заряду проводиться контролером зарядного пристрою.

Найбільш ефективним є використання спеціальних акумуляторів - гелевих (В батареї в якості електроліту застосовується сірчана кислота) і свінцовиех батарей, які зроблені по AGM -технології. Цим батареям не потрібні спеціальні умови для установки і не потрібно обслуговування. Паспортний термін служби таких батарей - 10-12 років при глибині розряду не більше 20%. Акумуляторні батареї ніколи не повинні розряджатися нижче за це значення, інакше їх термін служби різко скорочується!

Акумулятор під'єднується до сонячній батареї через контролер, який контролює її заряд. При заряді батареї на повну потужність до сонячної батареї підключається резистор, який поглинає надлишкову потужність.

Для того щоб перетворити постійна напруга від акумуляторної батареї в змінну напругу, яку можна використовувати для харчування більшості електроприймачів, спільно з сонячної батарей можна використовувати спеціальні пристрої - інвертори .

Без використання інвертора від сонячної батареї можна живити електроприймачі, що працюють на постійній напрузі, в т.ч. різну портативну техніку, енергозберігаючі джерела світла, наприклад, ті ж світлодіодні лампи .

Джерело: econet.ru