Batería solar - a combinación de convertedores fotoeléctricos (fotocélulas) - dispositivos semiconductores que converten directamente a enerxía solar en corrente eléctrica directa, en contraste cos colectores solares que producen material de calefacción.

O obxecto de estudo da enerxía solar (do grego Helios. Ήλιος, Helios - Sun) é obxecto de estudo varios dispositivos que permiten a conversión da radiación solar en enerxía térmica e eléctrica. A produción de células fotovoltaicas e colectores solares está a desenvolverse en diferentes direccións. Os paneis solares teñen unha variedade de tamaños: desde microcalculadores incorporados a coches e edificios montados no tellado.

Conto

En 1842, Alexander Edmond Becquerel descubriu o efecto de converter a luz en electricidade. Charles Fritts comezou a usar selenio para converter a luz en electricidade. Os primeiros prototipos de paneis solares foron creados polo fotoquímico italiano Giacomo Luigi Chamican.

O 25 de marzo de 1948, expertos nos laboratorios Bell anunciaron a creación dos primeiros paneis solares baseados en silicio para producir corrente eléctrica. Este descubrimento foi feito por tres empregados da compañía: Calvin Souther Fuller (Calvin Souther Fuller), Daryl Chapin (Daryl Chapin) e Gerald Pearson (Gerald Pearson). Xa despois de dez anos, o 17 de marzo de 1958, o satélite co uso de baterías solares, o Avangard-1, foi lanzado nos Estados Unidos. O 15 de maio de 1958 tamén se lanzou na URSS o satélite con uso de baterías solares, Sputnik-3.

O que debes saber sobre os paneis solares

"Batería solar" é unha expresión que implica un conxunto de varias fotocélulas, a base das cales son materiais semicondutores que converten directamente a enerxía do sol en corrente eléctrica directa. Este procedemento denomínase efecto fotoeléctrico. Tras o control deste fenómeno microfísico a nivel de laboratorio, a industria tamén dominou a produción de módulos solares de silicio. Eficiencia dos paneis solares - 18-22%. A conexión das fotocélulas neles é seria e paralela.

O cadro no que están situados está feito de material dieléctrico.

O esquema de conexión de paneis solares para unha casa de verán e unha casa privada. O correcto funcionamento do sistema está influído pola correcta selección de todos os compoñentes do circuíto da planta. A calidade dos módulos que compoñen a batería solar depende do percorrido con éxito do camiño percorrido polos fotóns do Sol á Terra.

Tras caer nesta trampa por radiación luminosa, pasan a formar parte dun circuíto eléctrico con corrente directa. Ademais, dependendo da tarefa, a enerxía acumulada acumúlase nas baterías ou convértense nunha corrente eléctrica alterna que fornece tomas de 220 V

Tipos de paneis solares

En función do tipo empregado para a fabricación de semiconductores de silicio, os módulos dos paneis solares divídense en dúas categorías: policristalino , cristal único .

As primeiras teñen a forma dun cadrado plano cunha superficie diversa, debido á presenza de cristais diferentes. A fundición de silicio úsase para a súa fabricación. Primeiro, as materias primas vertéronse en formas especiais, logo os bloques obtidos por fusión córtanse en placas cadradas. Durante o proceso de fabricación, a masa de silicio fundido é sometida a un arrefriamento gradual.

Os paneis monocristalinos son máis eficientes e producen máis enerxía aos mesmos tamaños, pero os paneis policristalinos son máis baratos O módulo consta de 36 ou 72 placas policristalinas. Un panel consta dun conxunto de tales nodos. A tecnoloxía é relativamente sinxela, non implica o uso de equipos caros e non require grandes investimentos financeiros. O mínimo destes módulos é un: a eficiencia non supera o 18%.

A demanda predominante para eles explícase polo feito de que son máis baratos. A diferenza dos anteriores, a superficie dos paneis dun só cristal é homoxénea. Trátase de placas delgadas visualmente identificables como un corte cadrado nas esquinas. Para obtelos, cultívase artificialmente un cristal de silicio. As células solares utilizadas neste caso consisten en cilindros de silicio.

Ao recortar os lingotes de silicio por todos os lados, mellórase o rendemento. Este proceso é custoso pero produtivo. A eficiencia dos elementos dun só cristal pode chegar ao 22%. O seu custo é superior ao do policristalino na rexión do 10%.

Que é unha batería solar?

A batería solar (SB) é uns poucos módulos fotovoltaicos combinados nun dispositivo usando condutores eléctricos.

E se a batería está composta por módulos (que tamén se chaman paneis), entón cada módulo está formado por varias células solares (que se chaman células). A célula solar é un elemento clave que está no corazón das baterías e das instalacións solares enteiras.

A foto mostra células solares de varios formatos.

Pero o conxunto fotovoltaico.

Na práctica, as células fotovoltaicas úsanse xunto con equipos adicionais, que serven para converter a corrente, para a súa acumulación e posterior distribución entre os consumidores. No kit de enerxía solar doméstica inclúense os seguintes dispositivos:

1. Os paneis fotovoltaicos son o elemento principal do sistema que xera electricidade cando a luz solar o bate.
2. Unha batería recargable é un dispositivo de almacenamento de enerxía que permite aos consumidores proporcionar electricidade alternativa incluso durante esas horas nas que o SB non o produce (por exemplo, de noite).
3. Controlador: un dispositivo responsable da recarga puntual de baterías, protexendo as baterías de sobrecargas e descargas profundas.
4. Un inversor é un convertedor de enerxía eléctrica que permite recibir corrente alterna á saída coa frecuencia e tensión requiridas.

Esquematicamente, o seguinte sistema de subministración de enerxía é a seguinte.

O esquema é bastante sinxelo, pero para que funcione con eficacia é necesario calcular correctamente os parámetros de funcionamento de todos os dispositivos implicados nel.

Elementos e principio de funcionamento de paneis solares

A tarefa da batería solar é a transformación da enerxía dos raios do sol en electricidade, que alimenta os dispositivos domésticos e industriais. O funcionamento dunha central solar realízase, en principio, segundo o mesmo esquema que unha convencional.

O panel solar consta de 5 elementos. O primeiro compoñente da instalación solar son os paneis fotográficos.

Os dispositivos semiconductores dos que están compostos converten directamente a enerxía dun corpo celeste nunha corrente eléctrica constante. Tanto a potencia como a tensión dos paneis solares poden ser diferentes, pero sempre un múltiple de 12 V. A batería solar é unha colección de unidades modulares. Localiza as pilas en lugares accesibles á luz solar directa.

Para regular e controlar o funcionamento de paneis solares, inclúense no circuíto dispositivos como batería, inversor e controlador. A batería cumpre o seu papel tradicional no sistema: gárdase en electricidade. Isto ocorre durante o funcionamento dos electrodomésticos desde unha rede centralizada e cando se produce un exceso de electricidade ao alimentar a casa enteiramente do módulo solar.

A tenda de enerxía subministra ao circuíto tal cantidade de electricidade para que se manteña constantemente unha tensión estable nel. Por regra xeral, un par de pilas inclúese no circuíto: primario e backup. O primeiro, tendo electricidade acumulada, o envía inmediatamente á rede eléctrica.

O segundo renuncia á enerxía acumulada só despois dunha caída de tensión na rede. Na maioría das veces, a necesidade dunha batería de copia de seguridade xorde nun clima soleado e durante a noite cando os paneis fotográficos non poden funcionar.

O esquema correcto para conectar paneis solares Un controlador é o tipo de intermediario entre as placas solares e as baterías. Este dispositivo electrónico ten unha función que controla a carga e descarga da batería, ademais de controlar este proceso.

En diferentes horas do día, unha unidade de superficie está irradiada polo sol de diferentes xeitos. Polo tanto, a saída de tensión polo panel tamén cambia. Para cargar a batería dentro de límites normais, necesítase tensión, cuxo valor está limitado a un determinado rango. O colector solar elimina a irregularidade provocada pola insolación. A presenza deste dispositivo exclúe a recarga da batería coa súa posterior ebulición. Así mesmo, o controlador non permitirá unha diminución do subministro de enerxía por baixo da norma establecida, o que garante o funcionamento fiable de todo o sistema enerxético.

Cálculo de paneis fotovoltaicos

O primeiro que debes saber á hora de calcular o deseño de convertedores fotovoltaicos (paneis solares) é a cantidade de electricidade que consumirá os equipos conectados ás placas solares. Resumindo a potencia nominal dos futuros consumidores de enerxía solar, que se mide en vatios (W ou kW), podemos derivar a taxa media mensual de consumo de electricidade - W * h (kW * h). E a potencia requirida da batería solar (W) determinarase en función do valor obtido.

Por exemplo, considere unha lista de equipos eléctricos que poden ser fornecidos de enerxía por unha pequena central solar con capacidade de 250 vatios.

A táboa está tomada do sitio dun dos fabricantes de paneis solares.

Existe un desaxuste entre o consumo diario de enerxía - 950 W * h (0,95 kW * h) e o valor da enerxía da batería solar - 250 W, que durante o funcionamento continuo debería xerar 6 kW * h de electricidade ao día (que é moito máis que as necesidades indicadas). Pero dado que estamos a falar específicamente de paneis solares, hai que lembrar que estes dispositivos poden desenvolver a súa tarxeta de nome só durante o día (de aproximadamente 9 a 16 horas), e incluso despois nun día claro. En tempo nublado, a xeración de electricidade tamén cae notablemente. E pola mañá e pola noite, a cantidade de electricidade xerada pola batería non supera o 20-30% das taxas diarias medias. Ademais, a potencia nominal pódese obter de cada cela só se hai condicións óptimas para iso.

Por que a batería é de 60 watts? E sae 30? O valor de 60 W é fixado polos fabricantes de células durante a insolación a 1000 W / m² e unha temperatura da batería de 25 graos. Non hai tales condicións na terra e máis aínda na Rusia central.

Todo isto tense en conta cando se establece unha certa reserva de enerxía no deseño de paneis solares.

Agora falemos de onde veu o indicador de potencia - 250 kW. O parámetro especificado ten en conta todas as correccións do desnivel da radiación solar e representa datos promedios baseados en experimentos prácticos. A saber: medir a potencia en diversas condicións de funcionamento das baterías e calcular o seu valor medio diario.

Cando coñeces o volume de consumo, elixe células fotovoltaicas en función da potencia requirida dos módulos: cada módulos de 100 W producen 400-500 Wh * h por día.

Imos máis aló: coñecendo a demanda media diaria de electricidade, podemos calcular a enerxía solar requirida e o número de células de traballo nun panel fotovoltaico.

Ao realizar máis cálculos, centraremos os datos dunha táboa que xa nos é familiar. Entón, supoña que o consumo total de enerxía é de aproximadamente 1 kWh por día (0,95 kWh). Como xa sabemos, necesitaremos unha batería solar cunha potencia nominal de polo menos 250 vatios.

Supoñamos que planea usar células fotovoltaicas cunha potencia nominal de 1,75 W para montar os módulos de traballo (a potencia de cada célula está determinada polo produto da forza e tensión actuais que xera a célula solar). A potencia de 144 celas combinadas en catro módulos estándar (36 celas cada un) será igual a 252 vatios. De media, cunha batería así recibiremos 1 - 1,26 kWh de electricidade ao día ou 30 - 38 kWh ao mes. Pero é nos bos días de verán, no inverno incluso estes valores non se poden obter sempre. Ademais, nas latitudes do norte, o resultado pode ser lixeiramente menor e no sur - superior.

Hai paneis solares - 3,45 kW. Funcionan en paralelo coa rede, polo que a eficiencia é a máxima posible:

Estes datos están lixeiramente por encima da media, porque o sol era máis grande do habitual. Se o ciclón está persistente, a produción no mes de inverno non poderá superar os 100-150 kW * h.

Os valores mostrados son quilovatios, que se poden obter directamente a partir de paneis solares. A cantidade de enerxía que chegará aos consumidores finais - depende das características dos equipos adicionais incorporados no sistema de subministración de enerxía. Falaremos máis adiante.

Como podes ver, o número de células solares necesarias para xerar unha potencia determinada só se pode calcular aproximadamente. Para cálculos máis precisos, recoméndase empregar programas especiais e calculadoras de enerxía solar en liña que axudarán a determinar a potencia requirida da batería segundo varios parámetros (incluída a situación xeográfica do seu sitio).

Se a primeira vez non foi posible calcular correctamente os paneis fotovoltaicos (e non profesionais a miúdo atopan un problema similar), isto non importa. A enerxía que falta sempre se pode conformar instalando varias fotocélulas.

Existen tres tipos de dispositivos:

Acendido apagado - dispositivos que conectan ou desconectan a batería solar, dependendo do nivel de tensión dos seus terminais. O nivel de carga mantense de forma estable no 70%.

Controlador PWM - a modulación permítelle conseguir a carga do 100% na última fase de carga.

Resonancia magnética - estes dispositivos converten os parámetros da enerxía recibida dos paneis solares no máis adecuado para cargar a batería, aumentando a súa eficiencia ata un 30%.

Inverter - unha unidade que converte a corrente directa recibida dos módulos solares en tensión alterna de 220 V.

Esta é precisamente a diferenza de potencial que traballa para a maioría dos tipos de electrodomésticos. Os inversores están dispoñibles en tres versións: autónomo, de rede, híbrido. Os primeiros non contactan coa rede eléctrica externa. Na rede (función) só funciona cunha rede centralizada.

Ademais da función de conversión, estes inversores poden regular a amplitude actual, a frecuencia de tensión e outros parámetros de rede. O inversor híbrido (híbrido) ten funcións tanto de equipo autónomo como de rede. Cando a fonte de alimentación central funciona, toma a potencia máxima da batería solar e, se a rede xeral está desconectada, funciona de xeito totalmente autónomo.

Variedades de células fotovoltaicas

Coa axuda deste capítulo, intentaremos disipar conceptos erróneos sobre as vantaxes e os inconvenientes das células fotovoltaicas máis comúns. Isto facilitaralle a elección dos dispositivos correctos. Os módulos de silicio monocristalino e policristalino para paneis solares son moi empregados na actualidade.

É o que parece unha célula solar estándar (célula) dun módulo de un único cristal, que se pode distinguir con precisión polas esquinas biseladas.

A continuación móstrase unha foto dunha célula policristalina.

Que módulo é mellor? Os usuarios de FORUMHOUSE discuten activamente sobre isto.Alguén cre que os módulos policristalinos funcionan de xeito máis eficiente en tempo nublado, mentres que os paneis monocristalinos mostran un excelente rendemento nos días de sol.

Teño mono de 175 vatios en sol baixo 230 watts. Pero eu os rexeito e volvo aos policristalos. Porque cando o ceo está despexado, polo menos verter electricidade de calquera cristal, pero cando está nublado, o meu non funciona de nada.

Neste caso, sempre haberá opositores que despois de realizar medicións prácticas refutan completamente a afirmación presentada.

Veño o contrario: os policristalos son moi sensibles ao escurecemento. En canto unha pequena nube atravesa o sol, afecta inmediatamente á cantidade de corrente xerada. A tensión, por certo, practicamente non cambia. O panel monocristal compórtase de xeito máis estable. Con unha boa iluminación, ambos os dous paneis compórtanse moi ben: a potencia declarada de ambos os paneis é de 50W, os dous deses mesmos saen de 50W. A partir de aquí vemos como desaparece o mito de que os monopaneles dan máis poder a boa luz.

A segunda afirmación refírese á vida das células fotovoltaicas: os policristales envellecen máis rápido que as células dun único cristal. Considere as estatísticas oficiais: a vida normal dos paneis monocristal é de 30 anos (algúns fabricantes afirman que tales módulos poden funcionar ata 50 anos). Ao mesmo tempo, o período de funcionamento efectivo dos paneis policristalinos non excede de 20 anos.

De feito, a potencia dos paneis solares (incluso con moi alta calidade) diminúe nunha certa fracción dun por cento (0,67% - 0,71%) con cada ano de funcionamento. Ao mesmo tempo, no primeiro ano de funcionamento, a súa potencia pode diminuír inmediatamente un 2% e un 3% (para paneis monocristalos e policristalinos, respectivamente). Como podes ver, hai unha diferenza, pero é insignificante. E se considera que os indicadores presentados dependen en gran medida da calidade dos módulos fotovoltaicos, a diferenza pódese ignorar. Ademais, hai casos en que paneis monocristales baratos fabricados por fabricantes neglixentes perderon ata un 20% da súa potencia no primeiro ano de funcionamento. Conclusión: canto máis fiable sexa o fabricante de módulos fotovoltaicos, máis duradeiros serán os seus produtos.

Moitos usuarios do noso portal afirman que os módulos dun só cristal son sempre máis caros que os policristalinos. Para a maioría dos fabricantes, a diferenza de prezo (en termos de un watt de potencia xerada) é realmente notable, o que fai a compra de elementos policristalinos máis atractiva. Non se pode discutir con isto, pero non se pode discutir que a eficiencia dos paneis dun só cristal é maior que a dos policristales. Polo tanto, coa mesma potencia dos módulos de traballo, as baterías policristalinas terán unha gran superficie. Noutras palabras, gañando prezo, o comprador de elementos policristalinos pode perder na zona, o que, se falta espazo libre para a instalación do SB, pode privalo dun beneficio tan evidente.

Para os cristais simples comúns, a eficiencia, de media, é do 17% -18%, para poli - arredor do 15%. A diferenza é do 2% -3%. Non obstante, en termos de área, esta diferenza é do 12% -17%. Con paneis amorfos, a diferenza é aínda máis clara: coa súa eficiencia do 8-10%, un panel monocristal pode ser a metade tan grande como amorfo.

Os paneis amorfos son outro tipo de células fotovoltaicas que aínda non se fixeron o suficientemente populares, a pesar das súas vantaxes obvias: baixo coeficiente de perda de enerxía co aumento da temperatura, capacidade de xerar electricidade incluso en luz moi baixa, a relativa barato dun consumo de enerxía producido, etc. . E unha das razóns para a baixa popularidade reside na súa eficiencia moi limitada. Os módulos amorfos tamén se chaman módulos flexibles. A estrutura flexible facilita enormemente a súa instalación, desmontaxe e almacenamento.

Non sei a quen anuncia este amorfo. A súa eficiencia é baixa, ocupan case o dobre de espazo, mentres que coa idade, a eficiencia, como o cristalino, diminúe. Os módulos clásicos están deseñados para 25 anos de funcionamento cunha perda de eficiencia do 20%. Os amorfos teñen ata o momento só un plus: parecen vidros negros (pode cubrir toda a fachada con tal).

A elección de elementos de traballo para a construción de paneis solares, en primeiro lugar, debe centrarse na reputación do seu fabricante. Despois, as súas características actuais dependen da calidade. Ademais, non se debe perder de vista as condicións nas que se levará a cabo a instalación de módulos solares: se o espazo destinado para a instalación de paneis solares é limitado, é recomendable o uso de cristais únicos. Se non hai espazo libre, preste atención aos paneis policristalinos ou amorfos. Este último pode ser aínda máis práctico que os paneis cristalinos.

Ao mercar paneles preparados de fabricantes, pode simplificar moito a tarefa de construír paneis solares. Para aqueles que prefiren crear todo coas súas propias mans, descríbese o proceso de fabricación de módulos solares na continuación deste artigo. Tamén no futuro próximo planificamos falar dos criterios polos que escoller baterías, controladores e inversores - dispositivos sen os que ningunha batería solar non pode funcionar plenamente. Estade atentos ás actualizacións do noso feed de artigos.

A foto mostra 2 paneis: un cristal caseiro de 180 W (esquerda) e policristalino do fabricante de 100 W (dereita).

Podes coñecer as fontes de enerxía alternativa máis populares no tema correspondente, aberto para a súa discusión no noso portal. Na sección sobre a construción dunha casa autónoma, podes aprender moitas cousas interesantes sobre a enerxía alternativa e os paneis solares en particular. Un pequeno vídeo contará os principais elementos dunha central solar estándar e as características da instalación de paneis solares.

Tipos de módulos de paneis solares

Os módulos dos paneis solares están reunidos a partir de células solares, se non, convertedores fotoeléctricos. Os PEC de dous tipos atoparon un uso xeneralizado.

Diferencian os tipos de semicondutores de silicio empregados para a súa fabricación, son:

• Policristalino. Trátase de células solares feitas a partir do fundido de silicio por arrefriamento a longo prazo. Un método sinxelo de produción determina a accesibilidade do prezo, pero o rendemento da opción policristalina non supera o 12%.
• Monocristalino. Estes son os elementos obtidos cortando placas finas dun cristal de silicio cultivado artificialmente. A opción máis produtiva e cara. A eficiencia media na rexión do 17%, podes atopar fotocélulas monocristalas de maior rendemento.

Células solares policristalinas de forma cadrada plana cunha superficie inhomoxénea. As especies monocristalinas parecen cadrados de estrutura superficial homoxénea fina e cantos cortados (pseudo-cadrados).

Os paneis da primeira versión coa mesma potencia son maiores que a segunda debido á menor eficiencia (18% fronte ao 22%). Pero o por cento, de media, é dez máis barato e con demanda predominante.

Aquí podes ler as normas e os matices de elección de paneis solares para subministrar enerxía para calefacción autónoma.

O principio de funcionamento da batería solar

O dispositivo está deseñado para converter directamente os raios do sol en electricidade. Esta acción chámase efecto fotoeléctrico. Os semicondutores (obleas de silicio), que se usan para fabricar elementos, teñen electróns cargados positivos e negativos e constan de dúas capas: capa n (-) e p-capa (+). Os electróns excesivos baixo a influencia da luz solar son eliminados das capas e ocupan espazos baleiros noutra capa. Isto fai que os electróns libres se movan constantemente, pasando dunha placa a outra, xerando electricidade, que se acumula na batería.

O funcionamento dunha batería solar depende en gran medida do seu dispositivo. Nun primeiro momento, as células solares eran de silicio. Seguen sendo moi populares agora, pero dado que o proceso de limpeza do silicio é bastante laborioso e caro, estanse a desenvolver modelos con fotocelulas alternativas de compostos de cadmio, cobre, galio e indio, pero son menos produtivos.

A eficiencia dos paneis solares creceu co desenvolvemento da tecnoloxía. Ata a data, esta cifra pasou dun por cento, que se rexistrou a principios de século, a máis dun vinte por cento. Isto permítenos usar paneis estes días non só para as necesidades domésticas, senón tamén para a produción.

Especificacións

O dispositivo de batería solar é moi sinxelo e consta de varios compoñentes:

• Directamente células solares / panel solar,

• Un inversor que converte a corrente directa en corrente alterna,

• Controlador de nivel de batería.

As pilas para paneis solares deberán mercarse tendo en conta as funcións necesarias. Acumulan e desprenden electricidade. A media e o consumo prodúcense ao longo do día, e pola noite só se consume a carga acumulada. Así, existe un subministro de enerxía constante e continuo.

Cargar e descargar excesivamente a batería reduce a duración da batería. O controlador de carga solar detén automaticamente a acumulación de enerxía na batería cando alcanza os parámetros máximos e desconecta a carga do dispositivo cando hai unha forte descarga.

(Tesla Powerwall - batería para paneis solares de 7 kW - e carga doméstica para vehículos eléctricos)

O inversor de rede para paneis solares é o elemento de deseño máis importante. Converte a enerxía recibida da luz solar en corrente alterna de varias capacidades. Sendo un conversor síncrono, combina a tensión de saída dunha corrente eléctrica en frecuencia e fase cunha rede estacionaria.

As fotocélulas pódense conectar tanto en serie como en paralelo. Esta última opción aumenta os parámetros de potencia, tensión e corrente e permite que o dispositivo funcione, aínda que un elemento perda funcionalidade. Os modelos combinados están feitos usando ambos esquemas. A vida útil das placas é duns 25 anos.

Instalación solar

Se as estruturas servirán para alimentar espazos residenciais, deberase seleccionar coidadosamente o lugar de instalación. Se os paneis están rodeados por edificios altos ou árbores, será difícil obter a enerxía necesaria. Deben situarse onde o fluxo de luz solar sexa máximo, é dicir, cara ao sur. É mellor instalar a estrutura nun ángulo, cuxo ángulo é igual á latitude xeográfica do sistema.

Os paneis solares deben colocarse de xeito que o propietario teña a capacidade de limpar periodicamente a superficie de po e sucidade ou neve, xa que isto leva a unha menor capacidade de xerar enerxía.

Subministro de enerxía dos edificios

Os paneis solares de gran tamaño, como os colectores solares, son amplamente empregados nas rexións tropicais e subtropicais con gran cantidade de días de sol. Especialmente popular nos países do Mediterráneo, onde se colocan nos tellados das casas.

Dende marzo de 2007, as novas casas en España estiveron equipadas con calefactores solares para fornecer de forma independente do 30% ao 70% da demanda de auga quente, dependendo da ubicación da vivenda e do consumo previsto de auga. Os edificios non residenciais (centros comerciais, hospitais, etc.) deberán contar con equipamento fotovoltaico.

Na actualidade, o cambio aos paneis solares está provocando moita crítica entre a xente. Isto débese aos prezos máis elevados da electricidade, trastos da paisaxe natural. Os opositores á transición aos paneis solares critican esa transición, xa que os propietarios de casas e terreos nos que están instalados paneis solares e centrais eólicas reciben subvencións do estado, pero os inquilinos comúns non. Neste sentido, o Ministerio Federal de Economía alemán elaborou un proxecto de lei que permitirá nun futuro próximo introducir incentivos para os inquilinos que viven en vivendas dotadas de enerxía de instalacións fotovoltaicas ou bloquear centrais térmicas. Xunto co pago de subvencións a propietarios que usan fontes de enerxía alternativas, está previsto pagar subvencións a inquilinos residentes nestas casas.

Superficie da estrada

• En 2014 abriuse en Holanda a primeira pista de bicicletas con enerxía solar no mundo.
• En 2016, o ministro francés de Ecoloxía e Enerxía Segolene Royal anunciou plans para construír 1.000 km de estradas con placas solares resistentes aos choques e resistentes á calor. Suponse que 1 km dunha estrada poderá cubrir as necesidades de enerxía eléctrica de 5000 persoas (con exclusión da calefacción) [fonte non autoritaria?] .
• En febreiro de 2017, o goberno francés abriu unha estrada con enerxía solar na aldea normanda de Tourouvre-au-Perche. Un tramo de quilómetro longo da estrada está equipado con 2880 paneis solares. Un pavimento así fornecerá electricidade aos farois da vila. Os paneis xerarán 280 megavatios de electricidade cada ano. A construción dun tramo da estrada custou 5 millóns de euros.
• Tamén se utiliza para encender semáforos nas estradas

Conxunto completo de centrais solares

Para escoller os compoñentes axeitados para a túa central, precisas determinar o número de dispositivos e a súa enerxía. Para maior claridade, é mellor considerar un exemplo específico: hai unha caseta de verán situada nos arrabaldes de Ryazan, na que viven, de marzo a setembro.

O conxunto completo de paneis solares inclúe: paneis solares, un inversor, fixadores, materiais adicionais (cables, máquinas automáticas, etc.) O consumo medio diario é de 10.000 W / h, a carga é de media 500 vatios, a carga máxima é de 1000 vatios. Calculamos a carga máxima, aumentando o máximo nun 25%: 1000 x 1,25 = 1250 watts.

Uso do espazo

Os paneis solares son un dos principais xeitos de xerar enerxía eléctrica na nave espacial: funcionan durante moito tempo sen o consumo de materiais e, ao mesmo tempo, son respectuosos co medio ambiente, a diferenza das fontes de enerxía nuclear e radioisótopo.

Non obstante, ao voar a unha gran distancia do Sol (máis alá da órbita de Marte), o seu uso vólvese problemático, xa que o fluxo de enerxía solar é inversamente proporcional ao cadrado da distancia do Sol. Ao voar cara a Venus e Mercurio, pola contra, a potencia das placas solares aumenta significativamente (na rexión de Venus 2 veces, na rexión de Mercurio 6 veces).

Tensión de corrente

A clasificación de batería máis común é un múltiple de 12 V. Tales compoñentes dunha estación solar como controlador, inversor, os módulos solares están deseñados para tensións de 12 a 48 V. A presenza de baterías de 12 V é conveniente porque cando fallan, pode substituílas cada unha. .

A unha tensión dúas veces máis alta, segundo os detalles do funcionamento da batería, só é posible substituír un par. Nunha rede de 48 V, as catro baterías terán que cambiarse nunha rama, e 48 V xa é unha ameaza desde o punto de vista da seguridade eléctrica. Dende outro punto de vista, canto maior sexa a tensión, será menor a sección transversal do fío e os contactos serán máis fiables.

Ao elixir unha clasificación, hai que ter en conta tanto as características de potencia dos inversores como o valor da carga de pico:

48 V - de 3 a 6 kW,

24 ou 48 V: de 1,5 a 3 kW,

12, 24, 48V - ata 1, 5 kW.

Se a capacidade e o prezo da batería son aproximadamente iguais, a opción debe deterse na batería coa maior profundidade de descarga permitida e o maior valor actual permitido.A duración da batería aumenta significativamente cando este indicador non supera o 30 - 50%.

"O principal criterio para escoller unha batería debe ser a fiabilidade. Nun caso concreto, a tensión inicial será de 24 V.

Selección de células solares

A potencia da batería solar calcúlase coa seguinte fórmula: Pcm = (1000 x Yesut) / (K x Sin) Nel:

Rcm: potencia da batería en W, que é igual á suma da potencia dos paneis solares, 1000 - fotosensibilidade das células solares en kW / m²,

Yesut: o consumo diario de electricidade requerido en kWh (para a rexión seleccionada - 18). O coeficiente K ten en conta todas as perdas estacionalmente: para o verán - 0,7, para o inverno - 0,5.

Pecado: unha avalancha de radiación solar en kW x h / m² (valor tabular) na inclinación máis vantaxosa dos paneis. Podes atopar este parámetro no servizo meteorolóxico da rexión. O ángulo óptimo para instalar os paneis solares en primavera e outono é idéntico ao valor de latitude.

No verán, 15⁰ debería ser menos, e no inverno, debería engadirse 15⁰. Os propios paneis deben estar orientados cara ao sur. A rexión do exemplo está situada a 55 ° de latitud.

Dado que o tempo de interese nos cae en marzo-setembro, tomamos o ángulo de inclinación do verán - 40⁰ respecto do chan. Neste caso, a insolación media diaria desta zona é de 4,73.

Substituímos todos estes datos á fórmula e realizamos a acción:

Pcm = 1000 x 12: (0,7 x 4,73) ≈ 3 600 W .

Se os módulos que compoñen a batería terán unha potencia de 100 vatios, entón deberán adquirirse 36 unidades. Para colocalos necesitará unha plataforma de 5 x 5 m, e a estrutura pesará aproximadamente 0,3 toneladas.

Montaxe da batería

Á hora de arranxar o paquete de baterías, hai que ter en conta os seguintes matices: as pilas convencionais destinadas aos coches non son adecuadas para iso, a inscrición "SOLAR" debería estar en paneis solares, todas as baterías adquiridas deberían ter os mesmos parámetros e, preferiblemente, pertencer ao mesmo lote de produción. , é necesario colocar os elementos nunha sala cálida, de xeito óptimo - 25⁰.

Non é necesario mercar pilas novas, porque tamén son excelentes para este propósito. Se a temperatura baixa a -5⁰, a capacidade da batería caerá un 50%. No exemplo con 12 voltios AB cunha capacidade de 100 A / h, podes ver que pode proporcionar aos consumidores electricidade na cantidade de 1200 W durante unha hora.

Certo, isto irá seguido dunha descarga completa da batería, e isto é extremadamente indesexable. Dado que o 60% é considerado o "medio dourado" para a descarga, tomamos unha reserva de enerxía para cada 100 A / h a 600 W / h (1000 W / h x 60%). As pilas iniciais deben estar cargadas ao 100% desde unha toma de corrente.

A reserva debe ser tal que sexa suficiente para cubrir a carga nocturna e, se o clima está turbio, proporcione os parámetros necesarios durante o día para que o sistema funcione. Non se desexan baterías excesivas porque constantemente serán subcargados e durarán menos.

A solución máis competente é un paquete de baterías cunha reserva que cubra o consumo diario de enerxía. Definimos a capacidade total da batería: (10.000 W / h: 600 W / h) x 100 A / h = 1667 A / h Polo tanto, para equipar unha central solar a partir dun exemplo específico, requiriranse 16 AB cunha capacidade de 100 A / h ou de 8 a 200. serie-paralelo.

Como escoller un controlador

A elección do controlador ten as súas propias características. Un controlador correctamente seleccionado debería:

1. Garantir unha carga de varias etapas das baterías de xeito que aumente a súa vida útil.

2. Realice a conexión / desconexión automática de AB e batería solar en tandem con carga ou descarga.

3. Vuelva a conectar a carga da batería solar á batería e na orde inversa.

O controlador de carga solar debe estar na mesma sala coas pilas.Para iso, os seus parámetros de entrada deben corresponder cos valores correspondentes aos módulos solares, e a saída require a mesma tensión coa diferenza de potencial dentro do sistema.

Depende moito de que o controlador sexa seleccionado tan correctamente: o funcionamento do paquete de baterías e o sistema solar enteiro. Se te aseguras de que a iluminación recibe enerxía directamente do controlador, podes aforrar cartos ao mercar un convertedor - compra unha opción máis barata.

Como escoller un inversor A tarefa do inversor é proporcionar carga máxima durante moito tempo.

Isto é posible cando a tensión de entrada é idéntica á diferenza de potencial dentro do sistema.

A mellor opción á hora de escoller un inversor é o "Inverter con función de controlador". Son importantes os seguintes criterios: A forma da onda senoidal ea frecuencia da corrente convertida en corrente alterna. A proximidade a un sinusoide cunha frecuencia de 50 Hz é unha garantía de maior eficiencia.

O ideal sería que esta cifra estea por riba do 90%. O consumo propio do dispositivo debería ser proporcional ao consumo total de enerxía do sistema solar. O mellor de todo - ata un 1%. O dispositivo debe soportar dobres sobrecargas de curta duración.

Os consellos e exemplos de cálculo previstos no artigo axudarán coa instalación dunha central solar. Son idóneos para unha gran casa de campo e unha pequena casa de campo.

Réxime de traballo da subministración de enerxía solar

Ao ollar os nomes que sonan misteriosamente os nodos que forman o sistema de subministración de enerxía solar, tes a idea da complexidade super-técnica do dispositivo.

No nivel micro da vida do fotón, é así. E claramente o circuíto xeral do circuíto eléctrico e o principio de acción son moi sinxelos. Do luminario do ceo á “lámpada de Ilíich” só hai catro pasos.

Os módulos solares son o primeiro compoñente dunha central eléctrica. Trátase de delgados paneis rectangulares ensamblados a partir dun certo número de placas fotocélulas estándar. Os fabricantes fan diferentes paneis fotográficos en potencia e tensión eléctrica, un múltiple de 12 voltios.

Os dispositivos de forma plana están convenientemente situados en superficies expostas a raios directos. As unidades modulares interconéctanse conectando a batería solar. A tarefa da batería é converter a enerxía recibida do sol, producindo unha corrente constante dun determinado valor.

Os dispositivos de almacenamento de carga eléctrica: todos coñecen as baterías para paneis solares. O seu papel no sistema de subministración de enerxía do sol é tradicional. Cando os consumidores domésticos están conectados a unha rede centralizada, as tendas de enerxía almacénanse en electricidade.

Tamén acumulan o seu exceso, se a corrente do módulo solar é suficiente para fornecer a enerxía consumida polos aparellos eléctricos.

A batería proporciona ao circuíto a cantidade de enerxía necesaria e mantén unha tensión estable en canto o seu consumo aumente a un valor aumentado. O mesmo ocorre, por exemplo, pola noite con paneis fotográficos ociosos ou durante un tempo soleado.

O controlador é un intermediario electrónico entre o módulo solar e as baterías. O seu papel é regular o nivel de batería. O dispositivo non permite que a súa ebullición descargue ou caia o potencial eléctrico por debaixo dunha determinada norma, necesaria para o funcionamento estable de todo o sistema solar.

Por outra banda, o son do termo inversor dos paneis solares explícase tan literalmente. Si, de feito, esta unidade cumpre unha función que antes parecía ficción aos enxeñeiros eléctricos.

Converte a corrente directa do módulo solar e as baterías en corrente alterna cunha diferenza de potencial de 220 voltios. Esta tensión é a que traballa para a gran maioría dos electrodomésticos.

Carga máxima e consumo medio diario de enerxía

O pracer de ter a súa propia estación solar aínda é moito. O primeiro paso no camiño cara a posuír a enerxía solar é determinar a carga máxima óptima en quilowatts e o consumo racional diario de enerxía diaria en quilowatts horas dunha casa ou casa de verán.

A carga máxima nace pola necesidade de acender varios dispositivos eléctricos á vez e está determinada pola súa potencia máxima total, tendo en conta as características de arranque superadas dalgúns deles.

O cálculo do consumo máximo de enerxía permite identificar a necesidade vital para o funcionamento simultáneo dos aparatos eléctricos e cales non son moi. Este indicador obedece ás características de potencia dos nodos da central eléctrica, é dicir, o custo total do dispositivo.

O consumo diario de enerxía dun electrodoméstico mídese polo produto da súa potencia individual durante o tempo que traballou desde a rede (electricidade consumida) durante un día. O consumo medio diario de enerxía calcúlase como a suma da enerxía eléctrica consumida por cada consumidor durante un período diario.

O resultado do consumo de enerxía axuda a racionalizar o consumo de electricidade solar. O resultado dos cálculos é importante para o maior cálculo da capacidade da batería. O prezo do paquete de baterías, un compoñente considerable do sistema, depende aínda máis deste parámetro.

Preparación para cálculos aritméticos

Na primeira columna debúxase o número de serie tradicional. A segunda columna é o nome do dispositivo. O terceiro é o seu consumo individual de enerxía.

As columnas do cuarto ao vinte e sétimo son as horas do día de 00 a 24. As seguintes entran nelas a través da liña fraccional horizontal:

• no numerador: o tempo de funcionamento do dispositivo no período dunha hora en forma decimal (0,0),
• o denominador volve a ser o seu consumo individual de enerxía (esta repetición é necesaria para calcular cargas por hora).

A vixésimo oitava columna é o tempo total que durante o día traballa o electrodoméstico. Á vixésimo novena, o consumo de enerxía persoal do dispositivo rexístrase como resultado de multiplicar o consumo de enerxía individual polo tempo de funcionamento do período diario.

A trixésima columna tamén é estándar. É útil para cálculos intermedios.

Especificación do consumidor

A seguinte etapa dos cálculos é a transformación dun formulario de notebooks nunha especificación para os consumidores de electricidade doméstica. A primeira columna é clara. Aquí están os números da liña.

A segunda columna contén os nomes dos consumidores de enerxía. Recoméndase comezar a encher o corredor con electrodomésticos. A continuación descríbense outras salas no sentido horario ou no sentido horario (como desexe).

Se hai un segundo piso (etc.), o procedemento é o mesmo: desde a escaleira - rotonda. Ao mesmo tempo, non se debe esquecer dos dispositivos das escaleiras e do alumeado das rúas.

É mellor encher a segunda columna coa potencia fronte ao nome de cada dispositivo eléctrico ao longo do camiño co segundo.

As columnas de catro a vinte e sete corresponden ás súas cada hora do día. Por comodidade, pódense cruzar inmediatamente con liñas horizontais no medio das liñas. As metades superiores resultantes das liñas son coma os numeradores, as metades inferiores son os denominadores.

Estas columnas énchense liña por liña. Os numeradores formátanse de xeito selectivo como intervalos de tempo do formato decimal (0,0), reflectindo o tempo de funcionamento dun determinado dispositivo eléctrico nunha determinada hora. En paralelo aos numeradores, os denominadores introdúcense co indicador de potencia do dispositivo tomado da terceira columna.

Despois de que todas as columnas horarias estean cheas, calcúlanse as horas de traballo diarias individuais dos aparellos eléctricos, avanzándose ao longo das liñas. Os resultados rexístranse nas celas correspondentes da vixésimo oitava columna.

En función da potencia e do tempo de traballo, o consumo diario de enerxía de todos os consumidores calcúlase secuencialmente. Nótase nas celas da vixésimo novena columna.

Cando se enche todas as filas e columnas da especificación, calculan os totais. Engadindo a potencia gráfica dos denominadores das columnas horarias, obtéñense as cargas de cada hora. Resumindo o consumo diario de enerxía individual da vixésimo novena columna de arriba abaixo, atopan a media diaria total.

O cálculo non inclúe o consumo propio do sistema futuro. Este factor ten en conta un coeficiente auxiliar nos cálculos finais posteriores.

Análise e optimización dos datos

Se a enerxía solar está prevista como copia de seguridade, os datos sobre o consumo de hora por hora e o consumo medio diario de enerxía medio axudan a minimizar o consumo de electricidade solar cara.

Isto conséguese eliminando os consumidores con consumo de enerxía ata a restauración da alimentación centralizada, especialmente durante as horas punta.

Se o sistema de enerxía solar está deseñado como unha fonte de subministración de enerxía constante, os resultados das cargas horarias avanzan. É importante distribuír o consumo de electricidade durante o día de forma que se eliminen as máximas máis importantes e os mínimos moi fracasados.

A exclusión de pico, a igualación de cargas máximas, a eliminación de afundimentos no consumo de enerxía ao longo do tempo permítelle escoller as opcións máis económicas para os nodos do sistema solar e garantir un funcionamento estable, máis importante e sen problemas a longo prazo da estación solar.

O debuxo presentado mostra a transformación obtida sobre a base das especificacións recompiladas do programa irracional de xeito óptimo. O indicador de consumo diario redúcese de 18 a 12 kW / h, a carga horaria media de 750 a 500 vatios.

O mesmo principio de optimidade é útil cando se emprega a opción de potencia do sol como copia de seguridade. Non é necesario gastar cartos en aumentar a potencia dos módulos solares e as baterías por mor dalgún inconveniente temporal.

Selección de nodos de centrais solares

Para simplificar os cálculos, consideraremos a versión do uso da batería solar como a fonte principal para subministrar enerxía eléctrica. O consumidor será unha casa de campo condicional na rexión de Ryazan, onde residen constantemente de marzo a setembro.

Os cálculos prácticos baseados nos datos do programa racional para o consumo horario de enerxía publicado anteriormente darán claridade ao razoamento:

• Consumo medio diario total de enerxía = 12.000 vatios / hora.
• Consumo medio de carga = 500 vatios.
• Carga máxima 1200 vatios.
• Carga máxima 1200 x 1,25 = 1500 vatios (+ 25%).

Os valores serán necesarios nos cálculos da capacidade total dos dispositivos solares e outros parámetros de funcionamento.

Determinación da tensión de funcionamento do sistema solar

A tensión de funcionamento interna de calquera sistema solar baséase nunha multiplicidade de 12 voltios, como o rango de batería máis común. Os nodos máis amplos das estacións solares: módulos solares, controladores e inversores - prodúcense baixo a popular tensión de 12, 24, 48 voltios.

A maior tensión permite o uso de fíos de subministración máis pequenos e isto aumenta a fiabilidade do contacto. Por outra banda, as baterías de rede defectuosas de 12 V pódense substituír cada unha.

Nunha rede de 24 voltios, tendo en conta os detalles do funcionamento das baterías, só terán que substituírse por parellas. Unha rede de 48V requirirá cambiar as catro baterías da mesma sucursal. Ademais, a 48 voltios xa existe o perigo de descargas eléctricas.

A elección principal do valor nominal da diferenza de potencial interna do sistema está relacionada coas características de potencia dos inversores producidos pola industria moderna e debe ter en conta a carga máxima:

• de 3 a 6 kW - 48 voltios,
• de 1,5 a 3 kW - igual a 24 ou 48V,
• ata 1,5 kW - 12, 24, 48V.

Se escollemos entre a fiabilidade do cableado e o inconveniente de substituír as baterías, por exemplo centrarémonos na fiabilidade. No futuro, iremos construíndo a tensión de funcionamento do sistema calculado de 24 voltios.

Uso na medicina

Científicos surcoreanos desenvolveron unha célula solar subcutánea.Pódese implantar unha fonte de enerxía en miniatura baixo a pel humana co fin de garantir o funcionamento ininterrompido dos dispositivos implantados no corpo, por exemplo, un marcapasos. Tal batería é 15 veces máis fina que un pelo e pódese cargar aínda que se aplique protector solar sobre a pel.

Paquete de baterías Módulos solares

A fórmula para calcular a potencia requirida por unha batería solar semella:

Pcm = (1000 * Si) / (k * Sin),

• Rcm = potencia da batería solar = potencia total dos módulos solares (paneis, W),
• 1000 = fotosensibilidade aceptada de convertedores fotoeléctricos (kW / m²)
• Comer = a necesidade de consumo diario de enerxía (kW * h, no noso exemplo = 18),
• k = coeficiente estacional tendo en conta todas as perdas (verán = 0,7, inverno = 0,5),
• Sin = valor tabulado de insolación (fluxo de radiación solar) con inclinación ó panel óptima (kW * h / m²).

Podes coñecer o valor da insolación no servizo meteorolóxico rexional.

O ángulo de inclinación óptimo dos paneis solares é igual á latitud da zona:

• en primavera e outono
• máis 15 graos - no inverno
• menos 15 graos no verán.

A rexión de Ryazan considerada no noso exemplo está situada na 55ª latitude.

Durante o tempo que leva de marzo a setembro, a mellor inclinación non regulada da batería solar é igual ao ángulo estival de 40 º para a superficie terrestre. Con esta instalación de módulos, a insolación media diaria de Ryazan neste período é de 4,73. Todos os números están aí, fagamos o cálculo:

Pcm = 1000 * 12 / (0,7 * 4,73) ≈ 3 600 vatios.

Se tomamos módulos de 100 vatios como base da batería solar, serán necesarios 36 deles. Pesarán 300 quilogramos e ocuparán unha superficie duns 5 x 5 m de tamaño.

Aquí móstranse diagramas de cableado e opcións para conectar paneis solares.

Eficiencia de fotocélulas e módulos

A potencia do fluxo de radiación solar á entrada da atmosfera terrestre (AM0) é de aproximadamente 1366 vatios por metro cadrado (ver tamén AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D). Ao mesmo tempo, a potencia específica da radiación solar en Europa en tempo moi nublado incluso durante o día pode ser inferior a 100 W / m² [ fonte non especificada 1665 días ]. Coa axuda de células solares comúns producidas industrialmente, é posible converter esta enerxía en electricidade cunha eficiencia do 9-24% [ fonte non especificada 1665 días ]. Ao mesmo tempo, o prezo da batería será duns 1-3 dólares estadounidenses por watt de potencia nominal. Para a xeración de electricidade industrial mediante fotocélulas, o prezo por kWh será de 0,25 dólares. Segundo a European Photovoltaic Association (EPIA), en 2020 o custo da electricidade xerada polos sistemas “solares” caerá ata menos de 0,10 € por kW. h para instalacións industriais e menos de 0,15 € por kWh para instalacións en edificios residenciais [ fonte non autoritaria? ] .

As células solares e os módulos divídense segundo o tipo e son: monocristal, policristalino, amorfo (flexible, película).

En 2009, Spectrolab (unha filial de Boeing) demostrou unha célula solar cunha eficiencia do 41,6%. En xaneiro de 2011, estaba previsto que esta empresa ingresase ao mercado de células solares cunha eficiencia do 39%. En 2011, a compañía de Solar Junction con sede en California logrou unha eficiencia fotocélula de 5,5 × 5,5 mm do 43,5%, o que é un 1,2% superior á marca anterior.

En 2012, Morgan Solar creou o sistema Sun Simba de polimetil metacrilato (Plexiglas), xermanio e arsénio de galio, combinando o cubo co panel no que se monta a fotocélula. A eficiencia do sistema co panel estacionario é do 26-30% (dependendo da época do ano e do ángulo no que está o sol), superando dúas veces a eficiencia práctica das células solares baseadas no silicio cristalino.

En 2013, Sharp creou unha fotocélula de 4 x 4 mm de tres capas sobre arsenida de galio de indio cun 44,4% de eficiencia e un equipo de especialistas do Instituto Fraunhofer para Sistemas de Enerxía Solar, Soitec, CEA-Leti e o Centro Helmholtz Berlin crearon. empregando unha fotocélula dun lento Fresnel cunha eficiencia do 44,7%, superando o seu propio logro do 43,6% [ fonte non autoritaria? ]. En 2014, o Instituto Fraunhofer para Sistemas de Enerxía Solar creou paneis solares nos que a eficiencia era do 46% debido ao foco da luz nunha fotocélula moi pequena [ fonte non autoritaria? ] .

En 2014, científicos españois desenvolveron unha célula fotovoltaica de silicio capaz de converter a radiación infravermella solar en electricidade.

Unha dirección prometedora é a creación de fotocélulas baseadas en nanoantenas, que funcionan na rectificación directa das correntes inducidas nunha antena pequena (da orde de 200-300 nm) pola luz (é dicir, a radiación electromagnética dunha frecuencia da orde de 500 THz). Os nananoantenas non precisan materias primas caras para a produción e teñen unha eficiencia potencial de ata o 85%.

Así mesmo, en 2018, co descubrimento do efecto flexo-fotovoltaico, descubriuse a posibilidade de aumentar a eficiencia das fotocélulas. E tamén debido á extensión da vida útil dos portadores quentes (electróns), o límite teórico da súa eficiencia pasou do 34 inmediatamente ao 66 por cento.

En 2019, científicos rusos do Instituto de Ciencia e Tecnoloxía Skolkovo (Skoltech), nomeado Instituto de Química Inorgánica A.V. Nikolaev, da rama siberia da Academia Rusa de Ciencias (SB RAS) e o Instituto de Problemas de Física Química RAS, recibiu un material semiconductor fundamentalmente novo para células solares, carente da maioría das carencias dos materiais empregados na actualidade. Un grupo de investigadores rusos publicaron na revista Journal of Materials Chemistry A [en] os resultados do traballo sobre a aplicación dun novo material semiconductor desenvolvido por eles para células solares - ioduro de bismuto polimérico complexo (<[Bi₃Eu₁₀]> e <[BiI₄]>), estruturalmente similar ao mineral perovxito (titanato de calcio natural), que mostrou unha taxa de conversión récord da luz en electricidade. O mesmo grupo de científicos creou un segundo semiconductor similar baseado nun bromuro de antimonio complexo cunha estrutura similar á perovxita.

Arranxo da batería

Ao elixir as pilas, debes guiarte polos postulados:

1. As pilas convencionais do coche non son adecuadas para este propósito. As baterías de enerxía solar están etiquetadas como "SOLAR".
2. As pilas de adquisición só deben ser idénticas en todos os aspectos, preferentemente dun lote de fábrica.
3. A sala onde se atopa a batería debe estar quente. A temperatura óptima cando as baterías producen potencia máxima = 25 ºC. Cando diminúe a -5 ºC, a capacidade da batería diminúe nun 50%.

Se tomamos unha batería exponencial cunha tensión de 12 voltios e unha capacidade de 100 amperios / hora para o cálculo, non é difícil de calcular, durante unha hora enteira poderá proporcionar aos consumidores unha capacidade total de 1200 vatios. Pero isto é cunha descarga completa, o cal é extremadamente indesexable.

Durante unha longa duración da batería, NON se recomenda reducir a carga por baixo do 70%. Cifra límite = 50%. Tomando o 60% como terra media, poñemos a reserva de enerxía de 720 W / h por cada 100 A * h do compoñente capacitivo da batería (1200 W / h x 60%) como base para os cálculos posteriores.

Inicialmente, as pilas deben instalarse 100% cargadas desde unha fonte de corrente estacionaria. As baterías deben cubrir completamente a carga da escuridade. Se non tes sorte co tempo, manteña os parámetros do sistema necesarios durante o día.

É importante ter en conta que unha sobreabundancia de baterías levará a unha subcarga continua. Isto reducirá significativamente a vida útil. A solución máis racional é equipar a unidade con baterías cunha reserva de enerxía suficiente para cubrir un consumo diario de enerxía.

Para saber a capacidade total requirida da batería, dividimos o consumo diario de enerxía total de 12.000 W / h por 720 W / h e multiplicamos por 100 A * h:

12 000/720 * 100 = 2500 A * h ≈ 1600 A * h

En total, por exemplo, necesitamos 16 pilas de 100 ou 8 a 200 Ah *, conectadas en serie en paralelo.

Factores que afectan á eficiencia das fotocélulas

As características estruturais das células solares causan unha diminución do rendemento dos paneis co aumento da temperatura.

O escurecemento parcial do panel provoca unha caída da tensión de saída debido ás perdas no elemento non apto, que comeza a actuar como unha carga parasitaria. Este inconveniente pódese eliminar instalando un bypass en cada fotocélula do panel. En tempo nublado, a falta de luz solar directa, os paneis que usan lentes para concentrar a radiación vólvense extremadamente ineficientes, xa que o efecto das lentes desaparece.

A partir das características de funcionamento do panel fotovoltaico, pódese ver que para conseguir a máxima eficiencia é necesaria a correcta selección da resistencia de carga. Para iso, os paneis fotovoltaicos non están directamente conectados á carga, senón que empregan un controlador para controlar sistemas fotovoltaicos, o que asegura un funcionamento óptimo dos paneis.

Elixir un bo controlador

É unha tarefa moi específica unha selección adecuada do controlador de carga da batería (batería). Os seus parámetros de entrada deberían corresponder aos módulos solares seleccionados ea tensión de saída debería corresponder á diferenza de potencial interna do sistema solar (no noso exemplo, 24 voltios).

Un bo controlador debe asegurar:

1. Unha carga de baterías de varias etapas que prolonga a súa vida efectiva por un múltiple.
2. Mutuo automático, batería e batería solar, conexión-desconexión en correlación coa carga-descarga.
3. Reconectar a carga da batería á solar e viceversa.

Este pequeno nó é un compoñente moi importante.

A elección correcta do controlador depende do funcionamento sen problemas do caro paquete de baterías e do saldo de todo o sistema.

Selección do mellor inversor

O inversor está seleccionado para que poida proporcionar unha carga máxima a longo prazo. A súa tensión de entrada debe corresponder á diferenza de potencial interna do sistema solar.

Para a mellor selección, recoméndase prestar atención aos parámetros:

1. A forma e a frecuencia da corrente alterna xerada. Canto máis preto dunha onda senoidal de 50 hertz, mellor.
2. Eficiencia do dispositivo. Canto maior sexa o 90%, máis marabilloso.
3. Consumo propio do dispositivo. Debe ser proporcional ao consumo global de enerxía do sistema. O ideal: ata un 1%.
4. A capacidade da unidade para soportar dobres sobrecargas a curto prazo.

A versión máis destacada é un inversor con función de control incorporado.

Desvantaxes da enerxía solar

• A necesidade de empregar grandes superficies,
• A central solar non funciona de noite e non funciona suficientemente ben no crepúsculo nocturno, mentres que o pico do consumo de enerxía prodúcese precisamente nas horas da noite,
• A pesar da limpeza ambiental da enerxía recibida, as propias fotocélulas conteñen substancias tóxicas, por exemplo, chumbo, cadmio, galio, arsénico, etc.

As centrais solares son criticadas polos altos custos, así como pola baixa estabilidade dos haluros complexos de plomo e a toxicidade destes compostos. Os semiconductores libres de chumbo para células solares, por exemplo, baseados en bismuto e antimonio, están actualmente en desenvolvemento activo.

Debido á súa baixa eficiencia, que alcanza o 20 por cento no mellor dos casos, os paneis solares fanse moita calor. O 80 por cento restante de enerxía solar quenta os paneis solares ata unha temperatura media de aproximadamente 55 ºC. Cun aumento da temperatura da célula fotovoltaica nun 1 °, a súa eficiencia diminúe un 0,5%. Esta dependencia non é lineal e un aumento da temperatura do elemento en 10 ° leva a unha diminución da eficiencia en case un factor de dous. Os elementos activos dos sistemas de refrixeración (ventiladores ou bombas) que transfiren os refrixerantes consumen unha cantidade importante de enerxía, requiren un mantemento periódico e reducen a fiabilidade de todo o sistema. Os sistemas de refrixeración pasiva teñen un rendemento moi baixo e non poden facer fronte á tarefa de arrefriar os paneis solares.