Jak solární panely fungují a k čemu slouží

Jak funguje solární panel

Zařízení je navrženo tak, aby přímo přeměňovalo sluneční paprsky na elektřinu. Tento jev se nazývá fotovoltaický efekt. Polovodiče (křemíkové destičky), které se používají k výrobě článků, mají kladně a záporně nabité elektrony a skládají se ze dvou vrstev: n-vrstvy (-) a p-vrstvy (+). Přebytečné elektrony jsou slunečním zářením vyráženy z vrstev a obsazují prázdná místa v jiné vrstvě. Volné elektrony se tak neustále pohybují, přecházejí z jedné desky na druhou a vytvářejí elektřinu, která se ukládá do baterie.

Fungování solárního článku závisí především na jeho konstrukci. Původně se solární články vyráběly z křemíku. Dnes jsou stále velmi oblíbené, ale protože proces rafinace křemíku je náročný na práci a náklady, vyvíjejí se alternativní modely se sloučeninami kadmia, mědi, galia a india, které jsou však méně účinné.

Účinnost solárních článků se s rozvojem technologií zvyšuje. Dnes se tento podíl zvýšil z jednoho procenta, které bylo zaznamenáno na začátku století, na více než dvacet procent. Díky tomu je dnes možné panely používat nejen pro domácí, ale i pro průmyslové účely.

Technické vlastnosti

Konstrukce solárního panelu je poměrně jednoduchá a skládá se z několika součástí:

Samotné fotovoltaické články/solární panel;

Měnič, který mění stejnosměrný proud na střídavý;

Regulátor úrovně nabití baterie.

Baterie pro solární panely je třeba pořizovat s ohledem na potřebné funkce. Ukládají a uvolňují elektrickou energii. Akumulace a spotřeba probíhá po celý den, zatímco v noci se akumulovaný náboj pouze spotřebovává. Tímto způsobem je zajištěn stálý a nepřetržitý přísun energie.

Nadměrné nabíjení a vybíjení baterie zkracuje její životnost. Solární regulátor nabíjení automaticky pozastaví akumulaci energie v baterii, když dosáhne maximálních parametrů, a vypne zátěž zařízení, když je silně vybitá.

(Tesla Powerwall - 7kW baterie se solárními panely - a domácí nabíjení pro elektromobily)

Síťový střídač pro solární panely je nejdůležitější součástí konstrukce. Převádí energii slunečních paprsků na střídavý proud o různém výkonu. Jako synchronní měnič harmonizuje výstupní napětí elektrického proudu frekvenčně a fázově s pevnou sítí.

Fotobuňky mohou být zapojeny sériově nebo paralelně. Druhá možnost zvyšuje výkonové, napěťové a proudové parametry a umožňuje, aby jednotka fungovala i v případě ztráty funkčnosti jednoho prvku. Kombinované modely se vyrábějí s použitím obou obvodů. Životnost desek je přibližně 25 let.

Výběr solárních panelů pro soukromý dům

Než si koupíte solární panely pro svůj soukromý dům, zjistěte si.

• Denní spotřeba elektrické energie v místnosti;
• Místo pro instalaci panelů (směrem na jih, bez stínu a s vhodným úhlem sklonu);
• Baterie by měly být umístěny v teplé místnosti při teplotě do 25 stupňů Celsia;
• Zvažte špičkové zatížení elektrických spotřebičů;
• Sezónní nebo trvalé používání systému.

Pro oblasti s vysokou světelnou aktivitou jsou nejlepší monokrystalické baterie. Pro letní chatu nebo pozemek pro domácnost, pokud se plánuje sezónní využití, jsou nejlepší volbou mikromorfní polykrystalické modely. Jsou relativně levné, mohou absorbovat rozptýlené boční světlo a při zatažené obloze fungují dobře pod úhlem.

Příklad výpočtů

Chata spotřebuje 3-6 kWh elektřiny, ale toto číslo může být vyšší, pokud se používá velké množství spotřebičů nebo dodatečné domácí osvětlení. Třípodlažní chata spotřebuje 20 až 50 kWh nebo i více. Na základě zde uvedených informací provedeme výpočet.

Energetická kapacita chaty je 7 kW (včetně ztrát). Pokud se dům nachází na jihu, kde k napájení stačí sluneční světlo, bude potřeba asi 20 baterií. Provozní výkon jednoho panelu je 400 W. To je dostatečné pro napájení venkovské usedlosti, kde trvale žije 4-6členná rodina.

Instalace

Když si zakoupíte výrobky společnosti, získáte podrobné schéma zapojení a návod a můžete si nepřerušitelné zdroje napájení a solární panely nainstalovat vlastníma rukama. Pokud však nechcete instalovat a ladit systémy nebo jste to nikdy předtím nedělali, přenechte tuto práci profesionálům.

Specialisté přijedou na místo a v krátké době provedou instalaci a uvedení zařízení do provozu. Instalace solární elektrárny trvá v průměru jeden až čtyři dny v závislosti na složitosti systému a instalace zdroje nepřerušovaného napájení trvá jeden až dva dny.

Solární moduly jsou instalovány podle předem schváleného rozvržení a všechny součásti systému: baterie, regulátory nabíjení a měniče jsou instalovány na místě, které je pro vás vhodné a přístupné. Údržba elektrárny je snadná. Solární panely mají hladký povrch Jsou vyrobeny ze speciálního skla, které zabraňuje hromadění sněhu a prachu. Baterie používané v solárních systémech jsou bezúdržbové a mají životnost až 10 let.

Tipy

Odborníci nabízejí několik tipů, jak správně instalovat a připojit solární panely.

Alternativní zdroje energie se obvykle instalují na střechu nebo stěny domu.

V každém případě je třeba zabránit jakémukoli zastínění, tj. baterie musí být umístěny tak, aby na ně nedopadal stín vysokých stromů nebo jiných budov.
Sada desek je instalována v řadách a uspořádána paralelně, takže je nutné zajistit, aby řady nad ní nevrhaly stín na řady pod ní. Tento požadavek je velmi důležitý, protože úplné nebo částečné zastínění způsobuje snížení nebo dokonce úplné zastavení veškeré výroby energie a může také dojít k efektu zpětného proudu, který často způsobuje poškození zařízení.

Správná orientace vůči slunečnímu záření má zásadní význam pro účinnost a efektivitu panelů.

Je velmi důležité, aby na povrch dopadal veškerý možný tok UV záření. Správná orientace se vypočítá na základě zeměpisné polohy budovy.

Pokud jsou například panely namontovány na severní straně budovy, měly by být orientovány na jih.
Neméně důležitý je celkový úhel sklonu konstrukce, který je rovněž dán zeměpisnou orientací budovy. Odborníci vypočítali, že tento údaj by měl odpovídat zeměpisné šířce domu, a protože slunce mění svou polohu nad obzorem několikrát v závislosti na ročním období, má smysl zvážit korekci konečného úhlu instalace baterií. Obvykle by korekce neměla překročit 12 stupňů.

• Baterie musí být instalovány tak, aby byly volně přístupné, protože v chladném zimním období je budete muset pravidelně čistit od napadaného sněhu a v teplém období od dešťových kapek, které výrazně snižují účinnost baterií.
• V současné době je v prodeji mnoho čínských a evropských modelů solárních panelů, které se liší cenou, takže si každý může nainstalovat ten nejlepší model pro svůj rozpočet.

Na závěr je třeba poznamenat, že největší přínos solárních panelů bude mít naše planeta, protože tento zdroj energie naprosto nepoškozuje životní prostředí. Pokud vám jako spotřebiteli záleží na budoucnosti naší Země, jejím půdním potenciálu a ochraně přírodních zdrojů, jsou solární panely tou nejlepší volbou.

Informace o instalaci solárního panelu na střechu najdete v následujícím videu.

Závěr k tématu

Profesionální přístup k instalaci solární elektrárny zohlední všechny faktory a nuance a zabrání nešťastným chybám.

Obecná pravidla pro instalaci solárních panelů

Při instalaci solárních panelů byste měli vždy zvážit 5 faktorů, jejichž kombinace nakonec určuje místo a způsob instalace:

1. Odvádění tepla
2. Stín
3. Orientace
4. Sklon
5. Přístupnost pro údržbu

Jak bylo uvedeno výše, odvod tepla hraje důležitou roli při zachování výkonu baterií. Mezi panelem a montážní rovinou by měla být vždy ponechána větrací mezera, a čím větší mezera, tím lépe. Při instalaci rámu nebo kostry pro upevnění modulů by mělo být mezi panelem a rovinou ponecháno 5 až 10 cm. Maximální větrání je zajištěno montáží na samostatný rám nebo lištu.

Jakýkoli stín dopadající na baterii od stromů nebo budov "vypíná" zastíněný článek, což urychluje degradaci drahých monokrystalických modulů a zcela zastavuje výrobu energie u polykrystalických modulů. Výrobci nabízejí různé způsoby, jak minimalizovat riziko vzniku horkého místa v důsledku přerušení elektrického obvodu, což je třeba při nákupu zvážit. Je však lepší instalovat baterii tak, aby na ni v žádném případě nemohl dopadnout "tvrdý" stín. "Měkký" stín způsobený mlhou, mraky nebo smogem baterii nepoškozuje, pouze snižuje energetický výkon.

Baterii orientujte na jih, abyste maximalizovali oslunění. Všechny ostatní způsoby instalace jsou kompromisní a je lepší o nich neuvažovat. Bylo by nerozumné utratit desítky tisíc rublů za nákup modulů, ale orientovat baterii tak, aby nebyla v souladu se sluncem. Insolační mapy pro různé oblasti Ruska jsou zveřejněny na internetu a jsou veřejně dostupné. Průměrný pás Ruska se nachází převážně ve 2. pásmu oslunění, kde s 1 m2 správně instalovaného ideálního solárního modulu lze získat až 3 kWh/den.

Přístupnost baterie pro rychlé čištění povrchu umožňuje provést tuto nekomplikovanou operaci bez nutnosti účasti odborníků. Povrch by měl být v zimě zbaven sněhu a v létě prachu a nečistot způsobených větrem a deštěm. Pokud je v blízkosti rozestavěná budova, budete muset povrch modulů čistit denně. Nejsnadněji to provedete pomocí hadice na vodu nebo jakéhokoli kartáče na mytí oken.

Jak maximalizovat efektivitu

Při nákupu solárních panelů pro váš dům je důležité vybrat takovou konstrukci, která zajistí vašemu domu dostatek elektřiny. Solární panely mají údajně účinnost přibližně 40 wattů na 1 metr čtvereční za hodinu při zatažených dnech.

Při zataženém počasí je ve skutečnosti výkon světla na úrovni země přibližně 200 W na metr čtvereční, ale 40 % slunečního záření tvoří infračervené záření, na které solární panely nejsou citlivé. Je také třeba mít na paměti, že účinnost baterie zřídkakdy přesahuje 25 %.

Někdy může energie z intenzivního slunečního záření dosahovat až 500 wattů na metr čtvereční, ale při výpočtu je třeba brát v úvahu minimální hodnoty, díky nimž bude systém napájení mimo síť nepřerušovaný.

Podle ročního průměru svítí slunce každý den v průměru 9 hodin. Za jeden den je metr čtvereční plochy měniče schopen vyrobit 1 kilowatt elektřiny. Pokud obyvatelé domu spotřebují denně přibližně 20 kilowattů elektřiny, musí být minimální plocha solárních panelů přibližně 40 metrů čtverečních.

V praxi se to však stává jen zřídka. Obecně platí, že obyvatelé spotřebují až 10 kW denně.

Pokud jde o to, zda solární panely fungují v zimě, je třeba si uvědomit, že v tomto ročním období je denní doba výrazně zkrácena, ale pokud systém vybavíte výkonnými bateriemi, měla by být energie získaná během dne dostatečná, pokud vezmeme v úvahu dostupnost záložní baterie.

Při výběru solárního panelu je důležité věnovat pozornost kapacitě baterie. Pokud potřebujete solární panely, které fungují v noci, hraje klíčovou roli kapacita záložní baterie. Zařízení by mělo být odolné vůči častému dobíjení.

Zařízení by mělo být odolné i vůči častému dobíjení.

Přestože náklady na instalaci solárních panelů mohou přesáhnout 1 milion rublů, náklady se vrátí během několika let, protože solární energie je zcela zdarma.

Jak funguje solární panel

Veškerý život na Zemi vznikl díky sluneční energii. Každou sekundu dopadá na povrch planety obrovské množství energie v podobě slunečního záření. Zatímco my spalujeme tisíce tun uhlí a ropných produktů, abychom vytápěli své domovy, země blíže rovníku trpí vlnami veder. Využití sluneční energie pro lidské potřeby je výzvou hodnou zvídavých myslí. V tomto článku se budeme zabývat konstrukcí přímého měniče slunečního světla na elektrickou energii - solárního článku.

Tenká destička se skládá ze dvou vrstev křemíku s různými fyzikálními vlastnostmi. Vnitřní vrstva je čistý monokrystalický křemík s děrovou vodivostí. Na vnější straně je potažen velmi tenkou vrstvou "nečistého" křemíku, např. s fosforem. Na zadní stranu destičky se přiloží pevný kovový kontakt. Na okraji n- a p-vrstvy vede přetečení náboje k vyčerpání zón s nekompenzovaným objemovým kladným nábojem v n-vrstvě.a objemový záporný náboj ve vrstvě p. Tyto zóny dohromady tvoří p-n přechod.

Potenciálová bariéra vytvořená na přechodu brání průchodu hlavních nosičů náboje, tj. elektronů z p-vrstvy, ale umožňuje nerušený průchod nenosičů v opačných směrech. Tato vlastnost p-n přechodů určuje možnost fotovoltaické emise při ozáření PEP slunečním světlem. Když je SE osvětlen, absorbované fotony vytvářejí nerovnovážné páry elektron-díra. Elektrony generované v p-vrstvě v blízkosti p-n přechodu se přibližují k p-n přechodu a jsou přenášeny do n-vrstvy elektrickým polem, které tam existuje.

Přebytečné díry vzniklé v n-vrstvě jsou částečně přenášeny do p-vrstvy. V důsledku toho získá n-vrstva dodatečný záporný náboj a p-vrstva získá kladný náboj. Počáteční rozdíl kontaktních potenciálů mezi p- a n-vrstvou polovodiče se zmenší a ve vnějším obvodu se objeví napětí. Záporný pól zdroje proudu odpovídá n-vrstvě a p-vrstva odpovídá kladnému pólu.

Většina moderních solárních článků má jeden p-n přechod. V takovém článku jsou volné nosiče náboje vytvářeny pouze fotony, jejichž energie je větší nebo rovna šířce pásmové mezery. Jinými slovy, fotovoltaická odezva článku s jedním přechodem je omezena na tu část slunečního spektra, jejíž energie je vyšší než šířka pásmové mezery, a fotony s nižší energií nejsou využity. Vícevrstvé struktury sestávající ze dvou nebo více SE s různou šířkou pásu mohou toto omezení překonat. Tyto články se nazývají multijunkční, kaskádové nebo tandemové. Protože pracují s mnohem větší částí slunečního spektra, mají vyšší účinnost fotovoltaické přeměny. V typickém solárním článku s více přechody jsou jednotlivé fotočlánky uspořádány za sebou tak, že sluneční světlo dopadá nejprve na článek s nejširší pásmovou mezerou a fotony s nejvyšší energií jsou absorbovány.

Baterie nejsou napájeny slunečními paprsky, ale v zásadě slunečním světlem. Elektromagnetické záření dopadá na Zemi ve všech ročních obdobích. Při zataženém počasí se prostě vyrobí méně energie. Například jsme instalovali samostatné lucerny na solární pohon. Samozřejmě existují malé intervaly, kdy se baterie nestihnou plně nabít. Celkově se to ale v zimě nestává tak často.

Zajímavé je, že i když na solární panel napadne sníh, stále přeměňuje sluneční energii. Jak se fotovoltaické články zahřívají, sníh sám odtává. Princip je stejný jako u vyhřívání oken automobilu.

Ideální zimní počasí pro solární panely je mrazivý den bez mráčku. Někdy lze v těchto dnech dokonce stanovit generační rekordy.

V zimě se účinnost solárního panelu snižuje. V Moskvě a na předměstí Moskvy se v průměru vyrobí 8krát méně elektřiny za měsíc. Řekněme, že pokud v létě potřebujete 1 kW energie na provoz ledničky, počítače a stropních světel, v zimě si pro jistotu raději připravte 2 kW.

Na Dálném východě je však doba trvání slunečního svitu delší, účinnost se snižuje pouze 1,5 až 2krát. A samozřejmě čím jižněji se nacházíte, tím menší je rozdíl mezi zimou a létem.

Důležitý je také úhel modulů. Můžete nastavit univerzální úhel pro celý rok. Nebo ji můžete pokaždé měnit v závislosti na ročním období. To neprovádějí majitelé domu, ale odborníci, kteří na místo dojíždějí.

Možnosti připojení heliobaterií

Solární panely se skládají z několika jednotlivých panelů. Pro zvýšení výkonu systému z hlediska výkonu, napětí a proudu se prvky vzájemně propojují za použití fyzikálních zákonů.

Propojení několika panelů lze provést pomocí jednoho ze tří schémat instalace solárních panelů:

• paralelní;
• v sérii;
• smíšené.

Paralelní schéma spočívá ve vzájemném propojení stejnojmenných svorek, přičemž buňky mají dva společné uzly sbíhajících se vodičů a jejich rozvětvení.

V paralelním zapojení jsou plusy připojeny k plusům a mínusy k mínusům, což má za následek, že se zvýší výstupní proud a výstupní napětí zůstane v rozmezí 12 voltů.

Hodnota maximálního možného výstupního proudu v paralelním obvodu je přímo úměrná počtu zapojených prvků. Zásady pro výpočet tohoto počtu jsou uvedeny v našem doporučeném článku.

Sériové zapojení zahrnuje připojení opačných pólů: "plus" prvního panelu k "mínusu" druhého. Zbývající nevyužitý "plus" druhého panelu a "minus" první baterie jsou připojeny k řídicí jednotce za ním.

Tento typ připojení vytváří podmínky pro průtok elektrického proudu, který zůstává jedinou cestou pro přenos energie od zdroje ke spotřebiči.

Při sériovém zapojení se výstupní napětí zvyšuje a dosahuje hodnoty 24 V, která je dostatečná pro napájení přenosných spotřebičů, LED světel a některých elektrických spotřebičů.

Sériově-paralelní nebo smíšené zapojení se většinou používá, když je třeba propojit několik skupin baterií. Pomocí tohoto obvodu lze na výstupu zvýšit napětí i proud.

V sériově-paralelním systému dosahuje výstupní napětí úrovně, jejíž vlastnosti jsou nejvhodnější pro většinu domácích aplikací.

Tato varianta je výhodná také v tom, že v případě poruchy jedné součásti systému ostatní propojovací obvody fungují i nadále. Tím se výrazně zvyšuje spolehlivost celého systému.

Galerie obrázků

Obrázek z

Připojení solárních článků

Počet panelů v závislosti na požadavcích

Sériové zapojení solárních panelů

Přímé připojení k osvětlovacím zařízením

Princip kombinovaného obvodu je založen na tom, že zařízení v každé skupině jsou zapojena paralelně. A zapojení všech skupin v jednom obvodu se provádí sériově.

Kombinací různých typů připojení lze snadno sestavit baterii s požadovanými parametry. Nejdůležitější je, aby počet připojených článků byl takový, aby provozní napětí přiváděné na baterie včetně úbytku napětí v nabíjecím obvodu bylo větší než samotné baterie a aby zatěžovací proud baterie poskytoval potřebný nabíjecí proud.