Jak fungují solární panely: jak jsou solární panely konstruovány a jak fungují

Vodní hodiny

Tuto metodu rotačního řízení vynalezl podnikavý kanadský student v letech a je zodpovědná za otáčení pouze jedné osy, a to horizontální.

Princip fungování je rovněž jednoduchý, a to následující:

1. Solární článek je umístěn v původní poloze, když sluneční paprsky dopadají na fotočlánek kolmo.
2. Na jedné straně je pak upnuta nádoba s vodou a na druhé straně je upnut předmět o stejné hmotnosti jako nádoba s vodou. Na dně nádoby by měl být malý otvor.
3. Voda bude pomalu vytékat z nádoby, čímž se sníží její hmotnost a panel se nakloní směrem k protizávaží. Velikost otvoru pro nádobu bude třeba určit experimentálně.

Tato metoda je nejjednodušší. Ušetří také peníze, které by byly vynaloženy na nákup motoru, jako je tomu v případě hodinového mechanismu. Kromě toho můžete otočný mechanismus vodních hodin nainstalovat sami, a to i bez odborných znalostí.

Výhody solárních panelů

Solární energie je perspektivní oblastí, která se neustále rozvíjí. Mají několik hlavních výhod. Snadné použití, dlouhá životnost, bezpečnost a cenová dostupnost.

Pozitivní aspekty používání tohoto typu baterií:

• Obnovitelnost - tento zdroj energie je téměř neomezený a bezplatný. Přinejmenším po dobu následujících 6,5 miliardy let. Stačí zařízení vyzvednout, nainstalovat a používat k určenému účelu (v soukromém domě nebo na chatě).
• Hojnost - zemský povrch přijímá v průměru asi 120 tisíc terravattů energie, což je dvacetinásobek současné spotřeby energie. Solární panely pro chaty nebo soukromé domy mají obrovský potenciál využití.
• Stálost - sluneční energie je konstantní, takže lidstvu nehrozí její překročení během jejího využívání.
• Dostupnost - solární energii lze vyrábět na jakémkoli místě, pokud je tam přirozené světlo. Nejčastěji se používá k vytápění domácností.
• Šetrnost k životnímu prostředí - solární energie je perspektivním odvětvím, které v budoucnu nahradí elektrárny využívající neobnovitelné zdroje: plyn, rašelinu, uhlí a ropu. Bezpečné pro zdraví lidí i domácích zvířat.

• Při výrobě panelů a instalaci solárních elektráren nevznikají žádné významné emise škodlivých nebo toxických látek do ovzduší.
• Tichá - výroba elektřiny je prakticky neslyšná, a proto je tento typ elektrárny lepší než větrné elektrárny. Neustálé hučení způsobuje, že zařízení rychle selhává, a zaměstnanci musí často odpočívat.
• Úspornost - při používání solárních panelů se majitelům nemovitostí výrazně snižují účty za energii. Panely mají dlouhou životnost - výrobce na ně poskytuje záruku na 20 až 25 let. Údržba celé elektrárny se omezuje na pravidelné (jednou za 5-6 měsíců) čištění povrchu panelů od nečistot a prachu.

Princip fungování solárního panelu

V důsledku přelévání nábojů na hranici p- a n-vrstvy vzniká v n-vrstvě nekompenzovaná zóna kladného náboje a v p-vrstvě záporného náboje, tj. p-n přechod, který všichni znají ze školní fyziky. Potenciálový rozdíl vznikající na kontaktním rozdílu potenciálů (potenciálová bariéra) brání průchodu elektronů z p-vrstvy, ale volně umožňuje průchod nebazických nosičů v opačném směru, což umožňuje získat fotoelektrickou energii při dopadu slunečního světla na PEC.

Při ozáření slunečním světlem začnou absorbované fotony vytvářet nerovnovážné páry elektron-díra. Elektrony generované v blízkosti přechodu naopak přecházejí z p-vrstvy do n-vrstvy.

Podobným způsobem se přebytečné díry z n-vrstvy dostávají i do p-vrstvy (obrázek a). Ukazuje se, že v p-vrstvě se hromadí kladný náboj a v n-vrstvě záporný náboj, což způsobuje napětí ve vnějším obvodu (obrázek b). Zdroj proudu má dva póly: kladnou p-vrstvu a zápornou n-vrstvu.

To je základní princip solárních článků. Elektrony se tak zdánlivě pohybují v kruhu, tj. opouštějí p-vrstvu a vracejí se do n-vrstvy, přičemž procházejí zátěží (akumulátorem).

Fotovoltaický výstup v článku s jedním přechodem zajišťují pouze ty elektrony, které mají energii vyšší než šířka určité zakázané zóny. Ti, kteří mají méně energie, se tohoto procesu neúčastní. Toto omezení lze odstranit vícevrstvými strukturami, které se skládají z více než jedné SE, v nichž se šířka pásmové mezery různé šířky. Nazývají se kaskádové, vícepřechodové nebo tandemové struktury. Jejich fotovoltaická konverze je vyšší díky tomu, že tyto SE pracují s širším slunečním spektrem. Fotovoltaické články jsou uspořádány tak, jak se zmenšuje šířka pásmové mezery. Sluneční paprsky dopadají nejprve na fotočlánek s nejširším pásmem, který absorbuje fotony s nejvyšší energií.

Fotony, které prošly horní vrstvou, se pak dostanou k dalšímu prvku atd. V oblasti kaskádových článků je hlavním předmětem výzkumu použití arsenidu galia jako jedné nebo více složek. Tyto články mají účinnost přeměny 35 %. Články jsou spojeny do baterie, protože technické možnosti neumožňují výrobu jednoho článku velké velikosti (tedy i výkonu).

Solární články jsou schopné pracovat po dlouhou dobu. Ukázalo se, že jsou stabilním a spolehlivým zdrojem energie, protože byly testovány ve vesmíru, kde jsou jejich hlavním nebezpečím meteorický prach a záření, které erodují křemíkové články. Protože je však tyto faktory na Zemi neovlivňují tak negativně, lze předpokládat, že vydrží ještě déle.

Solární články již slouží lidem a dodávají energii různým zařízením, od mobilních telefonů až po elektromobily.

A toto je druhý pokus člověka využít neomezenou sílu slunce a přimět ji k vlastnímu prospěchu. Prvním pokusem bylo vytvoření solárních kolektorů, v nichž se elektřina vyráběla ohřevem vody k bodu varu pomocí koncentrovaného slunečního záření.

Výhodou solárních panelů je, že vyrábějí elektřinu přímo, čímž ztrácejí mnohem méně energie než solární vícestupňové kolektory, u nichž proces výroby zahrnuje soustředění slunečních paprsků, ohřev vody, uvolnění páry, která roztáčí parní turbínu, a teprve poté výrobu elektřiny. Hlavní parametry solárních panelů - především výkon

Pak je důležité, kolik energie mají

Tento parametr závisí na kapacitě baterií a jejich počtu. Třetím parametrem je špičková spotřeba energie, což znamená počet možných současných připojení zařízení. Dalším důležitým parametrem je jmenovité napětí, které určuje výběr volitelného vybavení: střídač, solární panel, regulátor, baterie.

Výhody a nevýhody

Solární panely, stejně jako jiná zařízení, mají své výhody i nevýhody. Nepochybné výhody těchto systémů jsou následující:

• Možnost autonomního provozu umožňuje napájet objekty, elektronická zařízení a osvětlení vzdálené od pevných rozvodných sítí na značné vzdálenosti.
• Výrazná úspora peněz při provozu. Sluneční světlo přeměněné na elektřinu nic nestojí a nevyžaduje další náklady. Jediné náklady jsou na střídače a baterie, které je třeba pravidelně vyměňovat. Přesto se solární panely vrátí přibližně za 10 let, přičemž průměrná záruční doba je 25-30 let. Při dodržení všech provozních pravidel mohou baterie vydržet ještě déle.
• Ve srovnání s klasickými elektrárnami, které spotřebovávají palivo a znečišťují životní prostředí, jsou solární panely šetrné k životnímu prostředí a nehlučné.

Tato zařízení však mají i závažné nevýhody, které je třeba zohlednit v předběžných výpočtech:

• Vysoké náklady nejen na panely, ale také na další komponenty - střídače, regulátory, baterie.
• Odplata trvá příliš dlouho. Peníze jsou stahovány z oběhu po dlouhou dobu.
• Solární systémy s fotovoltaickými články vyžadují hodně místa. Často je k tomuto účelu nutné použít nejen celou střechu, ale i stěny budovy, což vážně ohrožuje konstrukční řešení. Další prostor je potřeba pro baterie s velkou kapacitou, které mohou v některých případech zabrat celou místnost.
• Výroba elektřiny není rovnoměrně rozložena v závislosti na denní době. Tuto nevýhodu kompenzují baterie, které přes den ukládají elektřinu a v noci ji dodávají zpět spotřebitelům.

Tranzistory jako základ pro osvětlovací prvky

Tranzistory se hodí k našemu účelu, protože mají uvnitř poměrně velký křemíkový polovodičový prvek, který se používá k výrobě elektřiny. Nejlepší je zvolit tranzistor typu CT nebo P.

Začněme. Nejprve odřízněte kovový kryt z požadovaného počtu rádiových komponent. Snadněji to provedete, pokud tranzistor upnete do svěráku a řez provedete opatrně pilkou na kov. Uvnitř najdete desku. To je hlavní část našeho budoucího zařízení. Bude nám sloužit jako fotobuňka.

Součástka bude mít tři kontakty: bázi, emitor a kolektor. Při montáži zvolte kolektorový spoj s nejvyšším rozdílem potenciálů.

Nejlepší je provést vlastní montáž na rovném povrchu z jakéhokoli dielektrického materiálu.

Tranzistory, které hodláte použít pro solární panely, byste měli před zahájením práce otestovat. K tomuto účelu je třeba použít jednoduchý multimetr. Musíte jej přepnout do režimu měření proudu a přepínat mezi bází a kolektorem nebo emitorem tranzistoru. Proveďte odečet - obvykle měřič ukazuje malý proud - zlomky miliampéru, méně často něco přes 1 mA. Poté přepněte přístroj do režimu měření napětí (omezení 1-3 V) a zjistěte hodnotu výstupního napětí (bude se pohybovat v řádu několika desetin voltu). Tranzistory by měly být přednostně seskupeny s podobným výstupním napětím.

Montáž

Solární panely jsou namontovány na speciální konstrukci, jejíž spojení umožňuje fotovoltaickým článkům odolávat všem nepříznivým povětrnostním podmínkám, jako je silný vítr, déšť nebo sníh, a vytvářet správný úhel sklonu.

Toto provedení je k dispozici v následujících variantách:

• šikmá - tento typ systému je optimální pro instalaci na šikmou střechu;
• horizontální - tato konstrukce se montuje na ploché střechy;
• volně stojící - tento typ baterie lze instalovat na různé typy a velikosti střech.

Vlastní proces instalace se provádí podle následujícího schématu:

K upevnění rámu panelu potřebujete kovové držáky 50x50 mm a navíc držáky 25x25 mm pro distanční tyče.

Přítomnost těchto částí umožňuje dosáhnout požadované pevnosti a stability nosné konstrukce a poskytuje požadovaný stupeň sklonu;
rám je třeba smontovat; k tomu jsou zapotřebí šrouby 6 a 8 mm;
připevněte konstrukci pod střešní krytinou pomocí 12mm hmoždinek;
do připravených držáků se udělají malé otvory a panely se do nich upevní; pro pevnější spojení je třeba použít šrouby;
Při montáži je třeba věnovat zvláštní pozornost kostře, která se nesmí nijak deformovat. V opačném případě může dojít k přetížení systému a prasknutí skel.

Instalace solárních zdrojů tepla a světla na lodžii nebo balkoně má podobný průběh. Jedinou výjimkou je, že rám je namontován na nakloněné rovině. Instaluje se mezi hlavní nosnou stěnu budovy a konec budovy, nutně na osluněné straně. Všechny typy solárních panelů nevyžadují žádné stavební zkušenosti pro vlastní montáž a instalaci, ale přesto budou vyžadovány určité instalační dovednosti. Pokud chcete, můžete si je bezpečně nainstalovat sami, ale předtím by bylo dobré přečíst si odbornou literaturu o zvláštnostech instalace solárních panelů a naučit se mistrovské kurzy, které jsou k dispozici na internetu, a samozřejmě mít potřebné nářadí.

Klady práce vlastníma rukama jsou zřejmé - ušetří spoustu peněz za služby profesionálů, stejně jako obrovské zkušenosti, které mohou v budoucnu potřebovat. Zároveň, pokud osobní dovednosti nejsou dostatečné, je možné nejen ztratit čas, ale také způsobit rozbití nebo neefektivitu panelů.

Funkce

V současné době jsou nejrozšířenější fotovoltaické polykrystalické baterie. Tyto modely nabízejí nejlepší kombinaci nákladů a energetického výkonu a vyznačují se tmavě modrým zbarvením a krystalickou strukturou hlavních prvků. Jejich instalace je velmi snadná, protože ji zvládnou i neškolení řemeslníci na vlastním domě nebo chalupě. Monokrystalické fotovoltaické panely jsou druhé nejoblíbenější.

Solární panely vyrobené z amorfního křemíku mají poměrně nízkou účinnost. Jejich ceny jsou však poněkud nižší než u jejich protějšků, takže po tomto modelu je mezi majiteli venkovských domů poptávka. V současné době tvoří tyto výrobky 85 % trhu. Nemají vysoký výkon a modifikace teluridu kadmia, založené na high-tech filmové technice: několik set mikrometrů látky je naneseno ve velmi tenké vrstvě na robustní povrch. Pozoruhodné je, že zatímco účinnost výrobku je velmi nízká, jeho výkon je poměrně vysoký.

Další variantou solárně napájených baterií je varianta založená na polovodičích CIGS. Stejně jako předchozí varianta jsou vyráběny filmovou technologií, ale jejich index účinnosti je mnohem vyšší. Za pozornost stojí způsob, jakým fungují solární zdroje tepla a světla. Je důležité si uvědomit, že celkové množství vyrobené energie nelze vztahovat k účinnosti samotného zařízení, protože všechny typy zařízení obvykle produkují přibližně stejný výkon. Hlavní rozdíl spočívá pouze v tom, že panely s nejvyšší účinností vyžadují méně prostoru pro svou instalaci.

Solární panely mají následující výhody:

• ekologická instalace;
• dlouhá doba používání, během níž zůstává výkon panelů trvale vysoký;
• Tato technologie se zřídkakdy porouchá, takže nevyžaduje servis, údržbu ani nákladné opravy;
• používání solárních panelů umožňuje snížit náklady na elektřinu a plyn v domácnosti;
• solární panely se velmi snadno používají.

To se však neobejde bez nevýhod, z nichž nejdůležitější jsou následující.

• Vysoký stupeň panelů;
• nutnost instalace řady dalších zařízení pro účinnou synchronizaci energie z baterie s energií z tradičních zdrojů;
• panely nelze používat v kontaktu se spotřebiči, které vyžadují vysoký výkon.

9. Vlastnosti solárních článků s kvantovými tečkami

Poslední slibný typ baterií blízké budoucnosti je založen na vlastnostech fyzikálních kvantových teček - mikroskopických inkluzí polovodičů v určitém materiálu. Geometricky mají tyto "tečky" velikost několika nanometrů a mohou být rozmístěny v materiálu tak, aby pohlcovaly záření z celého slunečního spektra - infračervené, viditelné a ultrafialové světlo.

Obrovskou výhodou těchto panelů je jejich schopnost pracovat i v noci a vyrábět přibližně 40 % maximálního denního výkonu.

Fyzikální a technické vlastnosti, certifikace a označování

Bez ohledu na to, z čeho jsou solární panely vyrobeny, mají všechny tyto důležité vlastnosti

• mechanické - geometrické parametry, celková hmotnost, typ rámu, ochranné sklo, počet buněk, typ a šířka konektorů;
• elektrický nebo voltampérový - Výkon, napětí naprázdno, proud při maximálním zatížení, účinnost panelu jako celku a zejména jednotlivých článků.
• teplota - Změna účinnosti při zvýšení teploty o určitou jednotku (obvykle o 1 stupeň);
• kvalitativní - životnost, rychlost degradace článků, přítomnost na seznamech hodnocení Bloomberg;
• funkční - nutnost a snadnost údržby, snadnost instalace/demontáže.

Průmyslové solární panely, ať už jsou vyrobeny z jakéhokoli materiálu, musí být nutně certifikovány. Minimálními požadavky jsou certifikáty kvality ISO, CE, TUV (mezinárodní) a/nebo Celní unie (pokud se v ní prodává).

Povinné jsou také mezinárodní předpisy o označování. Například, zkratka CHN-350M-72 obsahuje následující informace:

• CHN - Identifikace výrobce (v tomto případě China ChinaLand);
• 350 - Výkon panelu ve wattech;
• M - označení monokrystalického křemíku;
• 72 - Počet fotovoltaických článků v modulu.

Co si můžete vyrobit solární panely vlastníma rukama doma

Je třeba:

Předem nakreslené schéma a provedené výpočty.
Určitý počet továrně vyráběných solárních článků - nejlevnější je koupit je online, například na Aliexpressu nebo v jiných online obchodech.

Zajistěte, aby všechny články měly stejné elektrické vlastnosti. Podomácku vyrobený rám ze dřeva a překližky - pravidla montáže viz četná videa na internetu

Plexisklo nebo plexisklo pro ochranu povrchu.
Barvám a teplu odolné lepidlo na dřevěné povrchy.
Kontaktní pásky a vodiče pro připojení článků. Schémata různých způsobů připojení lze nalézt také na internetu.
Pájka a pájka. Pájení je třeba provádět velmi pečlivě, aby nedošlo k poškození budoucího výrobku.
Silikonové lepidlo a samořezné šrouby k upevnění prefabrikované baterie k rámu.

Malá baterie si vyžádá investici přibližně 30-50 dolarů, zatímco tovární verze s podobnou kapacitou bude stát jen o 10-20 % více.

Taková podomácku vyrobená konstrukce samozřejmě nevydrží 25 let, nebude mít kapacitu plnohodnotné solární elektrárny a nebude se moci pochlubit výraznou účinností. Náklady však budou co nejnižší.

Konstrukce solárního panelu

Aby byl solární panel schopen přeměnit sluneční světlo na elektrický proud, jsou zapotřebí následující prvky:

1. Fotovoltaická vrstva, která funguje jako polovodič. Představují ji dvě vrstvy materiálů s různou vodivostí. Zde se elektrony mohou přesouvat z oblasti p(+) do oblasti n(-). Tento přechod se nazývá p-n přechod;
2. Mezi oběma vrstvami polovodiče je umístěn prvek, který je v podstatě bariérou pro přechod elektronů;
3. Napájecí zdroj. Je třeba se připojit k prvku, který brání přechodu elektronů. Převádí pohyb nabitých elektronů, tj. vytváří elektrický proud. Dobíjecí baterie. Ukládá a uchovává energii;
4. Regulátor nabíjení. Jeho hlavní funkcí je připojovat a odpojovat solární panel podle úrovně nabití. Sofistikovanější zařízení jsou schopna řídit maximální úroveň výkonu;
5. Měnič stejnosměrného proudu na střídavý (invertor);
6. Zařízení pro stabilizaci napětí. Chrání solární systém před přepětím.