Η αρχή λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας είναι σύντομη. Πώς λειτουργεί μια ηλιακή μπαταρία; Ηλιακή θέρμανση κατοικιών

Αποτελεσματική μετατροπήΟι ελεύθερες ακτίνες του ήλιου σε ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία κατοικιών και άλλων εγκαταστάσεων είναι το αγαπημένο όνειρο πολλών απολογητών της πράσινης ενέργειας.

Αλλά η αρχή λειτουργίας της ηλιακής μπαταρίας και η απόδοσή της είναι τέτοια που δεν χρειάζεται να μιλήσουμε για την υψηλή απόδοση τέτοιων συστημάτων ακόμα. Θα ήταν ωραίο να έχετε το δικό σας πρόσθετη πηγήηλεκτρική ενέργεια. Δεν είναι; Επιπλέον, ακόμη και σήμερα στη Ρωσία, με τη βοήθεια ηλιακών συλλεκτών, ένας σημαντικός αριθμός ιδιωτικών νοικοκυριών τροφοδοτείται επιτυχώς με «δωρεάν» ηλεκτρική ενέργεια. Ακόμα δεν ξέρετε από πού να ξεκινήσετε;

Παρακάτω θα σας πούμε για τον σχεδιασμό και τις αρχές λειτουργίας ενός ηλιακού πάνελ, θα μάθετε από τι εξαρτάται η απόδοση ενός ηλιακού συστήματος. Και τα βίντεο που δημοσιεύονται στο άρθρο θα σας βοηθήσουν να συναρμολογήσετε ένα ηλιακό πάνελ από φωτοκύτταρα με τα χέρια σας.

Υπάρχουν πολλές αποχρώσεις και σύγχυση στο θέμα της "ηλιακής ενέργειας". Συχνά είναι δύσκολο για τους αρχάριους να καταλάβουν όλους τους άγνωστους όρους στην αρχή. Αλλά χωρίς αυτό, δεν είναι λογικό να ασχολούμαστε με την ηλιακή ενέργεια, αγοράζοντας εξοπλισμό για την παραγωγή «ηλιακού» ρεύματος.

Εν αγνοία σας, μπορείτε όχι μόνο να επιλέξετε λάθος πίνακα, αλλά και απλά να το κάψετε όταν το συνδέετε ή να εξάγετε πολύ λίγη ενέργεια από αυτό.

Η μέγιστη απόδοση από ένα ηλιακό πάνελ μπορεί να επιτευχθεί μόνο αν γνωρίζουμε πώς λειτουργεί, από ποια εξαρτήματα και συγκροτήματα αποτελείται και πώς είναι όλα σωστά συνδεδεμένα

Πρώτα πρέπει να καταλάβετε υπάρχουσες ποικιλίεςεξοπλισμός για την ηλιακή ενέργεια. Τα ηλιακά πάνελ και οι ηλιακοί συλλέκτες είναι δύο θεμελιώδεις διαφορετικές συσκευές. Και οι δύο μεταμορφώνουν την ενέργεια των ακτίνων του ήλιου.

Ωστόσο, στην πρώτη περίπτωση, ο καταναλωτής λαμβάνει ηλεκτρική ενέργεια στην έξοδο και στη δεύτερη, θερμική ενέργεια με τη μορφή θερμαινόμενου ψυκτικού.

Η δεύτερη απόχρωση είναι η έννοια του όρου "ηλιακή μπαταρία". Συνήθως, η λέξη "μπαταρία" αναφέρεται σε κάποιο είδος ηλεκτρικής συσκευής αποθήκευσης. Ή ένα μπανάλ καλοριφέρ θέρμανσης έρχεται στο μυαλό. Ωστόσο, στην περίπτωση των ηλιακών μπαταριών η κατάσταση είναι ριζικά διαφορετική. Δεν συσσωρεύουν τίποτα στον εαυτό τους.

Το ηλιακό πάνελ παράγει σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα. Για να το μετατρέψετε σε μεταβλητό (που χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή), πρέπει να υπάρχει ένας μετατροπέας στο κύκλωμα

Τα ηλιακά πάνελ έχουν σχεδιαστεί αποκλειστικά για να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Με τη σειρά του, συσσωρεύεται για να τροφοδοτεί το σπίτι με ηλεκτρισμό τη νύχτα, όταν ο ήλιος πέφτει κάτω από τον ορίζοντα, ήδη στις μπαταρίες που υπάρχουν επιπλέον στο κύκλωμα παροχής ενέργειας της εγκατάστασης.

Η μπαταρία εδώ εννοείται στο πλαίσιο ενός συγκεκριμένου συνόλου παρόμοιων εξαρτημάτων που συναρμολογούνται σε ένα ενιαίο σύνολο. Στην πραγματικότητα, είναι απλώς ένα πάνελ από πολλά πανομοιότυπα φωτοκύτταρα.

Εσωτερική δομή μιας ηλιακής μπαταρίας

Σταδιακά ηλιακούς συλλέκτεςγίνονται φθηνότερα και πιο αποτελεσματικά. Τώρα χρησιμοποιούνται για την επαναφόρτιση μπαταριών σε λαμπτήρες δρόμου, smartphone, ηλεκτρικά αυτοκίνητα, ιδιωτικές κατοικίες και σε δορυφόρους στο διάστημα. Άρχισαν μάλιστα να κατασκευάζουν πλήρεις σταθμούς ηλιακής ενέργειας (SPP) με μεγάλους όγκουςγενιά.

Μια ηλιακή μπαταρία αποτελείται από πολλά φωτοκύτταρα (PV φωτοβολταϊκοί μετατροπείς) που μετατρέπουν την ενέργεια των φωτονίων από τον ήλιο σε ηλεκτρική

Κάθε ηλιακή μπαταρία έχει σχεδιαστεί ως ένα μπλοκ ενός συγκεκριμένου αριθμού μονάδων, που συνδυάζουν φωτοκύτταρα ημιαγωγών συνδεδεμένα σε σειρά. Για να κατανοήσουμε τις αρχές λειτουργίας μιας τέτοιας μπαταρίας, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τη λειτουργία αυτού του τελικού συνδέσμου στη συσκευή ηλιακού πάνελ, που δημιουργήθηκε με βάση ημιαγωγούς.

Τύποι κρυστάλλων φωτοκυττάρων

Επιλογές FEP από διαφορετικές χημικά στοιχείαυπάρχει μεγάλο ποσό. Ωστόσο, τα περισσότερα από αυτά είναι εξελίξεις στα αρχικά στάδια. Μέχρι στιγμής, μόνο πάνελ κατασκευασμένα από φωτοβολταϊκά στοιχεία πυριτίου παράγονται επί του παρόντος σε βιομηχανική κλίμακα.

Οι ημιαγωγοί πυριτίου χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ηλιακών κυψελών λόγω του χαμηλού κόστους τους

Ένα τυπικό φωτοκύτταρο σε ένα ηλιακό πάνελ είναι μια λεπτή γκοφρέτα από δύο στρώματα πυριτίου, καθένα από τα οποία έχει τις δικές του φυσικές ιδιότητες. Αυτή είναι μια κλασική σύνδεση p-n ημιαγωγών με ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών.

Όταν τα φωτόνια χτυπούν το φωτοβολταϊκό στοιχείο ανάμεσα σε αυτά τα στρώματα ημιαγωγών, λόγω της ανομοιογένειας του κρυστάλλου, σχηματίζεται μια πύλη photo-emf, με αποτέλεσμα μια διαφορά δυναμικού και ένα ρεύμα ηλεκτρονίων.

Οι γκοφρέτες πυριτίου των ηλιακών κυψελών διαφέρουν στην τεχνολογία κατασκευής σε:

1. Μονοκρυσταλλικό.
2. Πολυκρυσταλλικό.

Οι πρώτοι έχουν περισσότερα υψηλής απόδοσης, αλλά το κόστος παραγωγής τους είναι υψηλότερο από αυτό των τελευταίων. Εξωτερικά, μια επιλογή μπορεί να διακρίνεται από την άλλη σε ένα ηλιακό πάνελ από το σχήμα της.

Τα μονοκρυσταλλικά ηλιακά κύτταρα έχουν ομοιογενή δομή, είναι κατασκευασμένα με τη μορφή τετραγώνων με κομμένες γωνίες. Αντίθετα, τα πολυκρυσταλλικά στοιχεία έχουν αυστηρά τετράγωνο σχήμα.

Οι πολυκρυστάλλοι λαμβάνονται με σταδιακή ψύξη του τηγμένου πυριτίου. Αυτή η μέθοδος είναι εξαιρετικά απλή, γι' αυτό και τέτοια φωτοκύτταρα είναι φθηνά.

Αλλά η απόδοση όσον αφορά την παραγωγή ενέργειας από ακτίνες ηλίουσπάνια ξεπερνούν το 15%. Αυτό οφείλεται στην «ακαθαρσία» των προκυπτόντων πλακών πυριτίου και στην εσωτερική τους δομή. Εδώ, όσο πιο καθαρό είναι το στρώμα p-πυριτίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση του ηλιακού κυττάρου από αυτό.

Η καθαρότητα των μονοκρυστάλλων από αυτή την άποψη είναι πολύ υψηλότερη από αυτή των πολυκρυσταλλικών αναλόγων. Κατασκευάζονται όχι από λιωμένο, αλλά από τεχνητά αναπτυγμένο στερεό κρύσταλλο πυριτίου. Ο συντελεστής φωτοηλεκτρικής μετατροπής τέτοιων ηλιακών κυψελών φτάνει ήδη το 20-22%.

ΣΕ κοινή ενότηταΟι μεμονωμένες ηλιακές κυψέλες συναρμολογούνται σε πλαίσιο αλουμινίου και για την προστασία τους καλύπτονται από πάνω με ανθεκτικό γυαλί, το οποίο δεν παρεμβαίνει σε καμία περίπτωση στις ακτίνες του ήλιου

Το επάνω στρώμα της πλάκας φωτοκυττάρων που βλέπει προς τον ήλιο είναι κατασκευασμένο από το ίδιο πυρίτιο, αλλά με την προσθήκη φωσφόρου. Είναι το τελευταίο που θα είναι η πηγή της περίσσειας ηλεκτρονίων στο σύστημα διασταύρωσης pn.

Αρχή λειτουργίας ηλιακού πάνελ

Όταν το ηλιακό φως πέφτει σε ένα φωτοκύτταρο, δημιουργούνται σε αυτό ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών χωρίς ισορροπία. Η περίσσεια ηλεκτρονίων και οπών μεταφέρονται εν μέρει μέσω της διασταύρωσης pn από το ένα στρώμα του ημιαγωγού στο άλλο.

Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται τάση στο εξωτερικό κύκλωμα. Σε αυτή την περίπτωση, ένας θετικός πόλος της πηγής ρεύματος σχηματίζεται στην επαφή του στρώματος p και ένας αρνητικός πόλος στο στρώμα n.

Η διαφορά δυναμικού (τάση) μεταξύ των επαφών του φωτοκυττάρου εμφανίζεται λόγω αλλαγής του αριθμού των «οπών» και των ηλεκτρονίων με διαφορετικές πλευρέςΔιασταύρωση p-n ως αποτέλεσμα ακτινοβολίας του στρώματος n με ηλιακές ακτίνες

Τα φωτοκύτταρα που συνδέονται με ένα εξωτερικό φορτίο με τη μορφή μπαταρίας σχηματίζουν έναν φαύλο κύκλο μαζί του. Ως αποτέλεσμα, το ηλιακό πάνελ λειτουργεί σαν ένα είδος τροχού κατά μήκος του οποίου τα ηλεκτρόνια «τρέχουν» μαζί μεταξύ των πρωτεϊνών. ΕΝΑ μπαταρία συσσωρευτήΤαυτόχρονα σταδιακά αποκτά φόρτιση.

Οι τυπικοί φωτοβολταϊκοί μετατροπείς πυριτίου είναι κυψέλες μονής διασταύρωσης. Η ροή ηλεκτρονίων σε αυτά συμβαίνει μόνο μέσω μιας σύνδεσης p-n με μια ζώνη αυτής της μετάβασης περιορισμένης σε ενέργεια φωτονίων.

Δηλαδή, κάθε τέτοιο φωτοκύτταρο είναι ικανό να παράγει ηλεκτρική ενέργεια μόνο από ένα στενό φάσμα ηλιακής ακτινοβολίας. Όλη η άλλη ενέργεια χάνεται. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η απόδοση του FEP είναι τόσο χαμηλή.

Να αυξηθεί Απόδοση ηλιακής ενέργειαςμπαταρίες, στοιχεία ημιαγωγών πυριτίου για αυτά μέσα Πρόσφαταάρχισε να γίνεται πολυκόμβος (καταρράκτης). Υπάρχουν ήδη αρκετές μεταβάσεις στα νέα ηλιακά κύτταρα. Επιπλέον, καθένα από αυτά σε αυτόν τον καταρράκτη έχει σχεδιαστεί για το δικό του φάσμα ηλιακού φωτός.

Η συνολική απόδοση της μετατροπής φωτονίων σε ηλεκτρικό ρεύμα για τέτοια φωτοκύτταρα τελικά αυξάνεται. Αλλά η τιμή τους είναι πολύ υψηλότερη. Εδώ, είτε ευκολία κατασκευής με χαμηλό κόστος και χαμηλή απόδοση, είτε υψηλότερες αποδόσεις σε συνδυασμό με υψηλό κόστος.

Το ηλιακό πάνελ μπορεί να λειτουργήσει τόσο το καλοκαίρι όσο και το χειμώνα (χρειάζεται φως, όχι θερμότητα) - όσο λιγότερο νεφελώδης και όσο πιο λαμπερός λάμπει ο ήλιος, τόσο περισσότερο ηλεκτρικό ρεύμα θα παράγει το ηλιακό πάνελ

Κατά τη λειτουργία, το φωτοκύτταρο και ολόκληρη η μπαταρία θερμαίνονται σταδιακά. Όλη η ενέργεια που δεν χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος μετατρέπεται σε θερμότητα. Συχνά η θερμοκρασία στην επιφάνεια του ηλιακού πάνελ ανεβαίνει στους 50–55 0 C. Αλλά όσο υψηλότερη είναι, τόσο λιγότερο αποδοτική λειτουργεί το φωτοβολταϊκό στοιχείο.

Ως αποτέλεσμα, το ίδιο μοντέλο ηλιακής μπαταρίας παράγει λιγότερο ρεύμα σε ζεστό καιρό παρά σε κρύο καιρό. Τα φωτοκύτταρα δείχνουν μέγιστη απόδοση σε μια καθαρή χειμωνιάτικη μέρα. Υπάρχουν δύο παράγοντες που παίζουν εδώ - πολύς ήλιος και φυσική ψύξη.

Επιπλέον, εάν πέσει χιόνι στον πίνακα, θα συνεχίσει να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Επιπλέον, οι νιφάδες χιονιού δεν θα έχουν καν χρόνο να ξαπλώσουν πολύ, αφού έχουν λιώσει από τη θερμότητα των θερμαινόμενων φωτοκυττάρων.

Απόδοση ηλιακής μπαταρίας

Ένα φωτοκύτταρο, ακόμη και το μεσημέρι με καθαρό καιρό, παράγει πολύ λίγο ηλεκτρισμό, αρκεί μόνο για τη λειτουργία ενός φακού LED.

Να αυξηθεί ισχύς εξόδου, πολλά ηλιακά κύτταρα συνδυάζονται σύμφωνα με παράλληλο κύκλωμαγια αύξηση DC τάσηκαι σε σειρά για αύξηση του ρεύματος.

Η απόδοση των ηλιακών συλλεκτών εξαρτάται από:

• η θερμοκρασία του αέρα και η ίδια η μπαταρία.
• σωστή επιλογή αντίστασης φορτίου.
• γωνία πρόσπτωσης του ηλιακού φωτός.
• παρουσία/απουσία αντιανακλαστικής επίστρωσης.
• ισχύς φωτεινής ροής.

Όσο χαμηλότερη είναι η εξωτερική θερμοκρασία, τόσο πιο αποτελεσματικά λειτουργούν τα φωτοκύτταρα και η ηλιακή μπαταρία συνολικά. Όλα είναι απλά εδώ. Αλλά με τον υπολογισμό του φορτίου η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη. Θα πρέπει να επιλεγεί με βάση το ρεύμα που παρέχεται από τον πίνακα. Αλλά η αξία του ποικίλλει ανάλογα με τους καιρικούς παράγοντες.

Τα ηλιακά πάνελ παράγονται με την προσδοκία τάση εξόδου, πολλαπλάσιο των 12 V - εάν χρειάζεται τροφοδοσία 24 V στην μπαταρία, τότε θα πρέπει να συνδεθούν παράλληλα δύο πάνελ σε αυτήν

Η συνεχής παρακολούθηση των παραμέτρων μιας ηλιακής μπαταρίας και η χειροκίνητη ρύθμιση της λειτουργίας της είναι προβληματική. Για να γίνει αυτό, είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε έναν ελεγκτή ελέγχου, ο οποίος αυτόματη λειτουργίαο ίδιος προσαρμόζει τις ρυθμίσεις του ηλιακού για να πετύχει μέγιστη απόδοσηΚαι βέλτιστες λειτουργίεςδουλειά.

Η ιδανική γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου σε μια ηλιακή μπαταρία είναι ευθεία. Ωστόσο, κατά την απόκλιση εντός 30 μοιρών από την κάθετο, η απόδοση του πίνακα πέφτει μόνο κατά περίπου 5%. Αλλά με μια περαιτέρω αύξηση αυτής της γωνίας, ένα αυξανόμενο ποσοστό ηλιακής ακτινοβολίας θα ανακλάται, μειώνοντας έτσι την απόδοση του ηλιακού κυττάρου.

Εάν η μπαταρία απαιτείται να παράγει μέγιστη ενέργεια το καλοκαίρι, τότε θα πρέπει να προσανατολίζεται κάθετα στη μέση θέση του Ήλιου, την οποία καταλαμβάνει στις ισημερίες την άνοιξη και το φθινόπωρο.

Για την περιοχή της Μόσχας, αυτό είναι περίπου 40-45 μοίρες στον ορίζοντα. Εάν το μέγιστο χρειάζεται το χειμώνα, τότε το πάνελ πρέπει να τοποθετηθεί σε πιο κάθετη θέση.

Και κάτι ακόμα - η σκόνη και η βρωμιά μειώνουν σημαντικά την απόδοση των φωτοκυττάρων. Τα φωτόνια απλά δεν τα φτάνουν μέσα από ένα τέτοιο «βρώμικο» φράγμα, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει τίποτα για να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα πάνελ πρέπει να πλένονται τακτικά ή να τοποθετούνται έτσι ώστε η σκόνη να ξεπλένεται από μόνη της από τη βροχή.

Ορισμένα ηλιακά πάνελ έχουν ενσωματωμένους φακούς για τη συγκέντρωση της ακτινοβολίας στο ηλιακό στοιχείο. Σε καθαρό καιρό αυτό οδηγεί σε αυξημένη απόδοση. Ωστόσο, σε βαριά σύννεφα, αυτοί οι φακοί προκαλούν μόνο κακό.

Εάν ένα συμβατικό πάνελ σε μια τέτοια κατάσταση συνεχίσει να παράγει ρεύμα, αν και σε μικρότερους όγκους, τότε το μοντέλο φακού θα σταματήσει να λειτουργεί σχεδόν εντελώς.

Τα πάνελ πρέπει να τοποθετηθούν έτσι ώστε να μην υπάρχουν δέντρα, κτίρια ή άλλα εμπόδια στη διαδρομή των ακτίνων του ήλιου.

Διάγραμμα τροφοδοσίας ηλιακής ενέργειας σπιτιού

Το ηλιακό σύστημα τροφοδοσίας περιλαμβάνει:

1. Ηλιακούς συλλέκτες.
2. Ελεγκτής.
3. Μπαταρίες.

Ο ελεγκτής σε αυτό το κύκλωμα προστατεύει τόσο τους ηλιακούς συλλέκτες όσο και τις μπαταρίες. Αφενός αποτρέπει τη ροή αντίστροφων ρευμάτων τη νύχτα και με συννεφιά και αφετέρου προστατεύει τις μπαταρίες από υπερβολική φόρτιση/εκφόρτιση.

Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες για ηλιακούς συλλέκτες θα πρέπει να επιλέγονται ίδια σε ηλικία και χωρητικότητα, διαφορετικά η φόρτιση/εκφόρτιση θα γίνει άνισα, γεγονός που θα οδηγήσει σε απότομη μείωση της διάρκειας ζωής τους

Απαιτείται ένας μετατροπέας για τη μετατροπή συνεχές ρεύμαστα 12, 24 ή 48 Volt έως 220 Volt AC. Μπαταρίες αυτοκινήτουΔεν συνιστάται η χρήση τους σε τέτοιο κύκλωμα λόγω της αδυναμίας τους να αντέχουν σε συχνές επαναφορτίσεις. Είναι καλύτερο να ξοδέψετε χρήματα και να αγοράσετε ειδικές μπαταρίες ηλίου AGM ή πλημμυρισμένες μπαταρίες OPzS.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Οι αρχές λειτουργίας και τα διαγράμματα σύνδεσης των ηλιακών συλλεκτών δεν είναι πολύ δύσκολο να κατανοηθούν. Και με τα υλικά βίντεο που έχουμε συλλέξει παρακάτω, θα είναι ακόμα πιο εύκολο να κατανοήσουμε όλες τις περιπλοκές της λειτουργίας και εγκατάστασης των ηλιακών συλλεκτών.

Είναι προσιτό και κατανοητό πώς λειτουργεί μια φωτοβολταϊκή ηλιακή μπαταρία, με όλες τις λεπτομέρειες:

Πώς λειτουργούν τα ηλιακά πάνελ:

Συναρμολόγηση ηλιακού πάνελ DIY από φωτοκύτταρα:

Κάθε στοιχείο στο ηλιακό σύστημα τροφοδοσίας ενός εξοχικού σπιτιού πρέπει να επιλεγεί σωστά. Αναπόφευκτες απώλειες ισχύος συμβαίνουν στις μπαταρίες, τους μετασχηματιστές και τον ελεγκτή. Και πρέπει να μειωθούν στο ελάχιστο, διαφορετικά η ήδη μάλλον χαμηλή απόδοση των ηλιακών συλλεκτών θα μειωθεί στο μηδέν.

Έχουν γίνει τόσο διαδεδομένα που κάθε χρήστης μπορεί να παραγγείλει εξαρτήματα και να τα συναρμολογήσει και να τα εγκαταστήσει με τα χέρια του. φωτοβολταϊκά πάνελ. Φυσικά, το θέμα της τιμής παραμένει επίκαιρο, γιατί οι ηλιακοί συλλέκτες δεν είναι καθόλου φθηνή επιλογή, αλλά είναι φιλικό προς το περιβάλλον. Και το κόστος γίνεται φθηνότερο κάθε χρόνο. Έτσι, όλοι έχουν πιθανώς συναντήσει την ιδέα της χρήσης μιας τέτοιας πηγής ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά δεν γνωρίζουν όλοι την αρχή λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας.

Βίντεο για το πώς λειτουργεί μια ηλιακή μπαταρία

Η αρχή λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας

Για να κατανοήσετε πώς λειτουργεί μια ηλιακή μπαταρία, πρέπει να καταλάβετε από τι αποτελείται. Συνήθως ηλιακή πηγήενέργεια αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη:

• Γεννήτρια DC(γνωστός και ως ηλιακό πάνελ)

• Μπαταρίαμε έλεγχο φόρτισης και μετατροπέα που μετατρέπει το ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα

• Με τη σειρά του ο πίνακας αποτελείται από φωτοηλεκτρικούς μετατροπείςπου μιλώντας σε απλή γλώσσα, μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Τις περισσότερες φορές αυτές είναι πολυκρυσταλλικές ή μονοκρυσταλλικές μπαταρίες πυριτίου. Η διαφορά είναι στην αποδοτικότητα και στην τεχνολογία παραγωγής.

Η αρχή λειτουργίας ενός ηλιακού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής είναι η διαδοχική αλληλεπίδραση ενός αριθμού στοιχείων ενοποιημένο δίκτυο. Τα στοιχεία σε ένα ηλιακό πάνελ συνδέονται σε σειρά και παράλληλα. Αυτό γίνεται για να αυξηθεί η ισχύς, η τάση και το ρεύμα. Επιπλέον, μια τέτοια σύνδεση θα προστατεύσει τα υπόλοιπα μέρη του κυκλώματος σε περίπτωση βλάβης ενός στοιχείου.

• Οι μπαταρίες είναι επίσης γεμάτες με τις λεγόμενες διόδους.Η αρχή λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών βασίζεται σε αυτά τα στοιχεία. Τέτοιες δίοδοι προστατεύουν τον πίνακα κατά τη μερική μείωση της φωτεινότητας. Σε τέτοιες διακοπές ρεύματος, η μπαταρία δεν διακόπτει τη λειτουργία της, αλλά παράγει ένα τέταρτο λιγότερη ενέργεια. Η ουσία είναι ότι οι δίοδοι εμποδίζουν την υπερθέρμανση των ηλιακών κυψελών, τα οποία κατά τη διάρκεια του σκοταδισμού αρχίζουν να καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια αντί να την παράγουν.

• Περαιτέρω Η ηλεκτρική ενέργεια αποθηκεύεται σε μπαταρίες.Και μετά αποστέλλεται στο σύστημα. Σημαντικό σημείοείναι ότι ο αριθμός των παράλληλων και εν σειρά συνδεδεμένων στοιχείων στο ηλιακό πάνελ υπολογίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε η τάση που παρέχεται στις μπαταρίες να υπερβαίνει την τάση της ίδιας της μπαταρίας. Ακόμη και λαμβάνοντας υπόψη την ανάληψη. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα φορτίου της ηλιακής μπαταρίας πρέπει να παρέχει επαρκή ποσότητα ρεύματος φόρτισης. Αυτή η παράμετρος πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όταν .

• Αλλο σημαντικος ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣστη λειτουργία ηλιακών συλλεκτών - χρήσιμη ισχύς. Ακριβώς αυτός ο δείκτης αντικατοπτρίζει τη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας της χρήσηςγια τον χρήστη. Αυτή η ισχύς υπολογίζεται με βάση την τάση και το ρεύμα εξόδου της εγκατάστασης. Και αυτοί οι δείκτες, με τη σειρά τους, εξαρτώνται από τη δύναμη του ηλιακού φωτός που πέφτει απευθείας στον πίνακα. Παρεμπιπτόντως, επίσης υψηλές θερμοκρασίεςδεν είναι χρήσιμα για τη λειτουργία ηλιακών συλλεκτών. Πράγματι, με έντονη θέρμανση από τον ήλιο, τα λεγόμενα ηλεκτροκινητική δύναμη. Ωστόσο, παρά πιο έντονος φωτισμόςαπό τον ήλιο, τόσο περισσότερο ρεύμα παράγεται.

Τώρα μερικοί τύποι σχετικά με την αρχή λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών.

Πώς λειτουργεί ένα ηλιακό πάνελ; Για παράδειγμα, μια ηλιακή μπαταρία συνδέεται με ένα φορτίο με μετρημένη αντίσταση (Rн). Κατά συνέπεια, εμφανίζεται ένα ρεύμα στο κύκλωμα (ΕΓΩ). Ταυτόχρονα, ο δείκτης Εγώσχηματίζεται σε άμεση εξάρτηση από την ποιότητα του μετατροπέα στο κύκλωμα, την ισχύ του ηλιακού φωτισμού και την αντίσταση. Στη συνέχεια θα δούμε Ηνωμένα Έθνη. Ηνωμένα Έθνη- αυτή είναι η τάση που δημιουργείται στους ακροδέκτες των ηλιακών συλλεκτών. Ως αποτέλεσμα, γνωρίζοντας αυτούς τους δείκτες, μπορούμε να υπολογίσουμε την ισχύ που εμφανίζεται στο φορτίο της εγκατάστασης: Pn = InUn

Ωστόσο, κάθε πάνελ έχει τη δική του βέλτιστη αντίσταση και εξαρτάται από το επίπεδο απόδοσης.

• Σε συννεφιασμένο καιρό, η φόρτιση της μπαταρίας μειώνεται φυσικά λόγω της λιγότερης ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τα πάνελ. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η ηλεκτρική ενέργεια λαμβάνεται από τον δέκτη. Με άλλα λόγια, οι μπαταρίες είναι πάντα είτε φορτισμένες είτε αποφορτισμένες. Αυτός ο μηχανισμός αλληλεπίδρασης ελέγχεται από τον ελεγκτή.

• Τις περισσότερες φορές, η λειτουργία των μπαταριών σε ένα κύκλωμα σχεδιάζεται με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι πολύ Φορτίζουν γρήγορα έως και 80-90%, και στη συνέχεια χρειάζονται πολύ χρόνο για να συλλέξουν την υπόλοιπη χρέωση.Σήμερα, οι πιο αποτελεσματικές μπαταρίες για χρήση σε εναλλακτικά συστήματα παροχής ενέργειας είναι οι μπαταρίες gel. Τέτοιες μπαταρίες δεν απαιτούν συντήρηση και είναι ανεπιτήδευτες σε συνθήκες λειτουργίας. Σε αυτή την περίπτωση, η διάρκεια ζωής συνήθως φτάνει τα 10 χρόνια.

Ελεγκτής, αντίσταση και μετατροπέας

• Ελεγκτήςαπαραίτητο για τη σύνδεση των μπαταριών στο δίκτυο. Ελέγχει τη χρέωση.

• Αντίστασηαπορροφά την υπερβολική ικανότητα παραγωγής ενέργειας.

• Αντιστροφέαςαπαραίτητο για την κανονική τροφοδοσία του ηλεκτρικού δικτύου, εκτός από τις περιπτώσεις που είναι απαραίτητο να τροφοδοτούνται δέκτες που λειτουργούν με άμεση τάση και όχι με εναλλασσόμενη τάση.

Φυσικά, είναι δύσκολο να κατανοήσουμε όλες τις περιπλοκές του έργου. Ελπίζουμε όμως να βρείτε τις απαντήσεις στις σελίδες της ιστοσελίδας μας. Πιο ξεκάθαρη δουλειά ηλιακά κύτταραμπορεί να γίνει κατανοητό από γραφικά διαγράμματα.

ΣΕ τα τελευταία χρόνιαΗ λεγόμενη «εναλλακτική ενέργεια» γίνεται ολοένα και πιο δημοφιλής. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στη χρήση της ηλιακής ακτινοβολίας. Αυτό είναι απολύτως φυσικό, γιατί αν δημιουργήσετε ένα στοιχείο που είναι ικανό να μετατρέπει τις ακτίνες φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια, μπορείτε να αποκτήσετε μια δωρεάν ανεξάντλητη πηγή ενέργειας. Και δημιουργήθηκε ένα τέτοιο στοιχείο. Ονομάστηκε " ηλιακό φωτοκύτταρο"ή "ηλιακή μπαταρία", και πώς λειτουργεί μια ηλιακή μπαταρία είναι πολύ απλό να κατανοηθεί.

Λειτουργική αρχή

Το κύριο πράγμα είναι να μην συγχέουμε τις φωτοβολταϊκές μπαταρίες με τους ηλιακούς συλλέκτες (και οι δύο αναφέρονται συχνά ως " ηλιακούς συλλέκτες"). Εάν η αρχή της λειτουργίας των συλλεκτών βασίζεται στη θέρμανση του ψυκτικού, τότε τα φωτοκύτταρα παράγουν απευθείας ηλεκτρική ενέργεια. Η δουλειά τους βασίζεται στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, το οποίο συνίσταται στη δημιουργία ρεύματος υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός σε υλικά ημιαγωγών.

Οι ημιαγωγοί είναι ουσίες των οποίων τα άτομα είτε περιέχουν υπερβολικό αριθμό ηλεκτρονίων (τύπου n), είτε, αντίθετα, στερούνται (τύπου p). Και εκείνες οι περιοχές της δομής των στοιχείων p όπου θα μπορούσαν να εντοπιστούν ηλεκτρόνια ονομάζονται «οπές». Κατά συνέπεια, ένα φωτοκύτταρο που βασίζεται σε ημιαγωγούς αποτελείται από δύο στρώματα με ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙαγώγιμο.

Πώς λειτουργούν τα ηλιακά κύτταρα με αυτή τη δομή; Με τον εξής τρόπο. Το εσωτερικό στρώμα του στοιχείου είναι κατασκευασμένο από έναν p-ημιαγωγό, το εξωτερικό, πολύ πιο λεπτό, είναι κατασκευασμένο από έναν ημιαγωγό n. Στο όριο των στρωμάτων, η λεγόμενη «ζώνη διασταύρωση p-n a», που σχηματίζεται λόγω του σχηματισμού θετικών ογκομετρικών φορτίων στη στρώση n και αρνητικών στη στρώση p.

Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται ένα ορισμένο ενεργειακό φράγμα στη ζώνη μετάβασης, που προκαλείται από τη διαφορά στα δυναμικά φορτίου. Αποτρέπει τη διείσδυση των μεγάλων φορέων φορτίου, αλλά επιτρέπει ελεύθερα τη διέλευση δευτερευόντων και προς αντίθετες κατευθύνσεις. Υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός, μερικά φωτόνια απορροφώνται από την επιφάνεια του στοιχείου και δημιουργούν πρόσθετα ζεύγη «τρύπας-ηλεκτρονίου». Δηλαδή, τα ηλεκτρόνια και οι οπές μετακινούνται από τον ένα ημιαγωγό στον άλλο, μεταδίδοντάς τους ένα επιπλέον αρνητικό ή θετικό φορτίο. Σε αυτή την περίπτωση, η αρχική διαφορά δυναμικού μεταξύ των επιπέδων n και p μειώνεται και δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα.

Χαρακτηριστικά της δομής

Πολλά σύγχρονα φωτοκύτταρα έχουν μόνο μία σύνδεση p-n. Στην περίπτωση αυτή, οι ελεύθερα μεταφερόμενοι φορείς φορτίου παράγονται μόνο από εκείνα τα φωτόνια των οποίων η ενέργεια είναι είτε μεγαλύτερη είτε ίση με το πλάτος του «κενού» στο μεταβατικό όριο. Αυτό σημαίνει ότι απλά δεν χρησιμοποιούνται φωτόνια με χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας, γεγονός που με τη σειρά του μειώνει σημαντικά την απόδοση του κυττάρου. Για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, δημιουργήθηκαν πολυστρωματικές (συνήθως τεσσάρων στρωμάτων) φωτοδομές.

Σας επιτρέπουν να χρησιμοποιήσετε σημαντικά πλέονηλιακό φάσμα και έχουν περισσότερα υψηλή απόδοση. Επιπλέον, τα φωτοκύτταρα είναι τοποθετημένα με τέτοιο τρόπο ώστε οι ακτίνες να χτυπούν πρώτα τη διασταύρωση με το μεγαλύτερο διάκενο ζώνης. Σε αυτή την περίπτωση, απορροφώνται περισσότερα «εντατικά ενεργειακά» φωτόνια, ενώ τα φωτόνια με λιγότερη ενέργεια ταξιδεύουν βαθύτερα και διεγείρουν άλλα στοιχεία.

Τι είδη ηλιακών συλλεκτών υπάρχουν;

Τα ηλιακά κύτταρα, η αρχή λειτουργίας των οποίων βασίζεται στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, έχουν δημιουργηθεί εδώ και πολύ καιρό. Η κύρια δυσκολία στην παραγωγή τους είναι η επιλογή υλικών ικανών να παράγουν ένα αρκετά ισχυρό ρεύμα. Τα πρώτα πειράματα πραγματοποιήθηκαν με κύτταρα σεληνίου, αλλά η αποτελεσματικότητά τους ήταν εξαιρετικά χαμηλή (περίπου 1%). Σήμερα, οι ηλιακές κυψέλες χρησιμοποιούν κυρίως πυρίτιο, η παραγωγικότητα τέτοιων συσκευών είναι περίπου 22%. Επιπλέον, νέα δείγματα κυττάρων αναπτύσσονται συνεχώς (για παράδειγμα, με χρήση αρσενιδίου του γαλλίου ή του ινδίου) με υψηλότερη απόδοση. Η μέγιστη απόδοση των ηλιακών συλλεκτών σήμερα είναι 44,7%.

Αλλά τέτοια στοιχεία είναι πολύ ακριβά και παράγονται μέχρι στιγμής μόνο σε εργαστηριακές συνθήκες. Τα κύτταρα που βασίζονται σε μονοκρυσταλλικό ή πολυκρυσταλλικό πυρίτιο, καθώς και στοιχεία λεπτής μεμβράνης, έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένα. Οι φωτομπαταρίες που βασίζονται σε μονοκρυστάλλους είναι πιο ακριβές, αλλά έχουν μεγαλύτερη απόδοση, ενώ οι πολυκρυστάλλοι είναι φθηνότεροι, αλλά λόγω της ετερογενούς δομής τους είναι λιγότερο αποδοτικοί. Στην παραγωγή κυψελών λεπτής μεμβράνης, δεν χρησιμοποιούνται κρύσταλλοι, αλλά στρώματα πυριτίου που εναποτίθενται σε ένα εύκαμπτο υπόστρωμα.

Σχετικά πρόσφατα, η ίδια η ιδέα της παροχής ιδιωτικών υπηρεσιών θεωρήθηκε φανταστική Σήμερα είναι μια αντικειμενική πραγματικότητα. Χρησιμοποιείται ήδη στην Ευρώπη πολύς καιρός, γιατί είναι μια πρακτικά ανεξάντλητη πηγή φθηνής ενέργειας. Στη χώρα μας, η απόκτηση ηλεκτρικής ενέργειας από τέτοιες συσκευές μόλις κερδίζει δημοτικότητα. Αυτή η διαδικασίαδεν συμβαίνει πολύ γρήγορα, και ο λόγος για αυτό είναι - υψηλή τιμήδικα τους.

Η αρχή λειτουργίας βασίζεται στο γεγονός ότι σε δύο γκοφρέτες πυριτίου επικαλυμμένες με διαφορετικές ουσίες (βόριο και φώσφορο), υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός, ηλεκτρική ενέργεια. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια εμφανίζονται σε μια πλάκα επικαλυμμένη με φώσφορο.

Τα σωματίδια που λείπουν σχηματίζονται σε εκείνες τις πλάκες που είναι επικαλυμμένες με βόριο. Τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να κινούνται υπό την επίδραση του φωτός από τον ήλιο. Έτσι παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα στα ηλιακά πάνελ. Οι λεπτοί χάλκινοι κλώνοι που καλύπτουν κάθε μπαταρία αφαιρούν ρεύμα από αυτήν και την κατευθύνουν στον προορισμό της.

Με ένα πιάτο μπορείτε να τροφοδοτήσετε μια μικρή λάμπα. Το συμπέρασμα φαίνεται από μόνο του. Προκειμένου οι ηλιακοί συλλέκτες να παρέχουν επαρκή ισχύ σε ένα σπίτι, η έκτασή τους πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη.

Μηχανισμοί πυριτίου

Έτσι, η αρχή λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας είναι σαφής. Το ρεύμα δημιουργείται όταν ειδικές πλάκες εκτίθενται στο υπεριώδες φως. Εάν χρησιμοποιείται πυρίτιο ως υλικό για τη δημιουργία τέτοιων πλακών, τότε οι μπαταρίες ονομάζονται πυρίτιο (ή υδρογονο πυρίτιο).

Τέτοιες πλάκες απαιτούν πολύ πολύπλοκα συστήματαπαραγωγή. Αυτό, με τη σειρά του, επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό το κόστος των προϊόντων.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι πυριτίου.

Μονοκρυσταλλικοί μετατροπείς

Είναι πάνελ με λοξότμητες γωνίες. Το χρώμα τους είναι πάντα καθαρό μαύρο.

Αν μιλάμε για μονοκρυσταλλικούς μετατροπείς, η αρχή λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας μπορεί να περιγραφεί εν συντομία ως μέτρια αποδοτική. Όλα τα κύτταρα των φωτοευαίσθητων στοιχείων μιας τέτοιας μπαταρίας κατευθύνονται προς μία κατεύθυνση.

Αυτό σας επιτρέπει να έχετε τα υψηλότερα αποτελέσματα μεταξύ παρόμοια συστήματα. Αποδοτικότητα μπαταρίαςαυτός ο τύπος φτάνει το 25%.

Το μειονέκτημα είναι ότι τέτοια πάνελ πρέπει πάντα να βλέπουν στον ήλιο.

Εάν ο ήλιος κρύβεται πίσω από τα σύννεφα, βυθίζεται προς τον ορίζοντα ή δεν έχει ακόμη ανατείλει, τότε οι μπαταρίες θα παράγουν ένα μάλλον αδύναμο ρεύμα.

Πολυκρυσταλλικό

Οι πλάκες αυτών των μηχανισμών είναι πάντα τετράγωνες, σκούρο μπλε. Η επιφανειακή τους σύνθεση περιλαμβάνει ανομοιογενείς κρυστάλλους πυριτίου.

Η απόδοση των πολυκρυσταλλικών μπαταριών δεν είναι τόσο υψηλή όσο αυτή των μονοκρυσταλλικών μοντέλων. Μπορεί να φτάσει το 18%. Ωστόσο, αυτό το μειονέκτημα αντισταθμίζεται από τα πλεονεκτήματα, τα οποία θα συζητηθούν παρακάτω.

Η αρχή λειτουργίας αυτού του τύπου ηλιακών κυψελών επιτρέπει να κατασκευάζονται όχι μόνο από καθαρό πυρίτιο, αλλά και από ανακυκλωμένα υλικά. Αυτό εξηγεί ορισμένα από τα ελαττώματα που εντοπίστηκαν στον εξοπλισμό. Διακριτικό χαρακτηριστικόμηχανισμών αυτού του τύπουείναι ότι μπορούν να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα αρκετά αποτελεσματικά ακόμη και σε συννεφιασμένο καιρό. Αυτή η χρήσιμη ποιότητα τα καθιστά απαραίτητα σε μέρη όπου το διάχυτο ηλιακό φως είναι συνηθισμένο καθημερινό φαινόμενο.

Πάνελ άμορφου πυριτίου

Τα άμορφα πάνελ είναι φθηνότερα από άλλα, αυτό καθορίζει την αρχή λειτουργίας της ηλιακής μπαταρίας και το σχεδιασμό της. Κάθε πάνελ αποτελείται από πολλά πολύ λεπτά στρώματα πυριτίου. Κατασκευάζονται με ψεκασμό σωματιδίων υλικού σε κενό σε αλουμινόχαρτο, γυαλί ή πλαστικό.

Η απόδοση των πάνελ είναι σημαντικά μικρότερη από αυτή του προηγούμενα μοντέλα. Φτάνει το 6%. Τα στρώματα πυριτίου ξεθωριάζουν αρκετά γρήγορα στον ήλιο. Μετά από μόλις έξι μήνες χρήσης αυτών των μπαταριών, η απόδοσή τους θα μειωθεί κατά 15%, και μερικές φορές έως και 20%.

Δύο χρόνια λειτουργίας θα εξαντλήσουν πλήρως τους πόρους των δραστικών ουσιών και το πάνελ θα πρέπει να αντικατασταθεί.

Ωστόσο, υπάρχουν δύο πλεονεκτήματα λόγω των οποίων αυτές οι μπαταρίες εξακολουθούν να αγοράζονται. Πρώτον, λειτουργούν ακόμη και σε συννεφιασμένο καιρό. Δεύτερον, όπως αναφέρθηκε, δεν είναι τόσο ακριβά όσο άλλες επιλογές.

Υβριδικοί φωτομετατροπείς

Το άμορφο πυρίτιο είναι η βάση για τη διάταξη των μικροκρυστάλλων. Η αρχή λειτουργίας ενός ηλιακού στοιχείου το καθιστά παρόμοιο με ένα πολυκρυσταλλικό πάνελ. Η διαφορά μεταξύ αυτού του τύπου μπαταρίας είναι ότι είναι ικανή να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα υψηλότερης ισχύος σε συνθήκες διάχυτου ηλιακού φωτός, για παράδειγμα, μια συννεφιασμένη μέρα ή την αυγή.

Επιπλέον, οι μπαταρίες λειτουργούν υπό την επίδραση όχι μόνο του ηλιακού φωτός, αλλά και στο υπέρυθρο φάσμα.

Ηλιακός μετατροπέας πολυμερούς φιλμ

Αυτή η εναλλακτική λύση στα πάνελ πυριτίου έχει τη δυνατότητα να κυριαρχήσει στην αγορά των ηλιακών κυττάρων. Μοιάζουν με μια μεμβράνη που αποτελείται από πολλά στρώματα. Μεταξύ αυτών είναι αγωγοί, ένα πολυμερές στρώμα της δραστικής ουσίας, ένα υπόστρωμα από οργανικά και ένα προστατευτικό φιλμ.

Τέτοιες ηλιακές κυψέλες, σε συνδυασμό μεταξύ τους, σχηματίζουν μια ηλιακή μπαταρία φιλμ τύπου ρολού. Αυτά τα πάνελ είναι ελαφρύτερα και πιο συμπαγή από τα πάνελ πυριτίου. Το ακριβό πυρίτιο δεν χρησιμοποιείται στην κατασκευή τους και η ίδια η διαδικασία παραγωγής δεν είναι τόσο ακριβή. Αυτό καθιστά το πάνελ σε ρολό φθηνότερο από όλα τα άλλα.

Η αρχή λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας καθιστά την απόδοσή τους όχι πολύ υψηλή.

Φτάνει το 7%.

Η διαδικασία κατασκευής πάνελ αυτού του τύπου καταλήγει στην πολυστρωματική εκτύπωση ενός φωτοκυττάρου σε φιλμ. Η παραγωγή είναι εγκατεστημένη στη Δανία.

Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα κοπής της μπαταρίας σε ρολό και προσαρμογής σε οποιοδήποτε μέγεθος και σχήμα.

Υπάρχει μόνο ένα μείον. Οι μπαταρίες μόλις άρχισαν να παράγονται, οπότε είναι ακόμα αρκετά δύσκολο να τις αποκτήσεις.

Ωστόσο, υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι αυτά τα στοιχεία θα αποκτήσουν γρήγορα μια καλή φήμη μεταξύ των καταναλωτών, γεγονός που θα δώσει στους κατασκευαστές την ευκαιρία να δημιουργήσουν παραγωγή σε μεγαλύτερη κλίμακα.

Ηλιακή θέρμανση κατοικιών

Η αρχή της λειτουργίας τους διακρίνει θεμελιωδώς από όλες τις συσκευές που περιγράφονται παραπάνω. Αυτή είναι μια εντελώς διαφορετική συσκευή. Η περιγραφή ακολουθεί παρακάτω.

Το κύριο μέρος ενός συστήματος θέρμανσης που τροφοδοτείται από ηλιακή ενέργεια είναι ο συλλέκτης, ο οποίος λαμβάνει το φως του και το μετατρέπει σε κινητική ενέργεια. Η περιοχή αυτού του στοιχείου μπορεί να κυμαίνεται από 30 έως 70 τετραγωνικά μέτρα.

Για την τοποθέτηση του συλλέκτη χρησιμοποιείται ειδικός εξοπλισμός. Οι πλάκες συνδέονται μεταξύ τους με μεταλλικές επαφές.

Το επόμενο εξάρτημα του συστήματος είναι ο λέβητας αποθήκευσης. Μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε θερμική ενέργεια. Συμμετέχει στη θέρμανση του νερού, η μετατόπιση του οποίου μπορεί να φτάσει τα 300 λίτρα. Μερικές φορές τέτοια συστήματα υποστηρίζονται από πρόσθετους λέβητες ξηρού καυσίμου.

Ολοκληρώστε το σύστημα ηλιακή θέρμανσηστοιχεία τοίχου και δαπέδου στα οποία το θερμαινόμενο υγρό κυκλοφορεί μέσω λεπτών χάλκινων σωλήνων που κατανέμονται σε ολόκληρη την περιοχή τους. Λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας εκκίνησης των πάνελ και της ομοιομορφίας μεταφοράς θερμότητας, το δωμάτιο ζεσταίνεται αρκετά γρήγορα.

Πώς λειτουργεί η ηλιακή θέρμανση;

Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στον τρόπο λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών χρησιμοποιώντας το υπεριώδες φως.

Εμφανίζεται διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας του συλλέκτη και του στοιχείου αποθήκευσης. Το ψυκτικό, το οποίο είναι συνήθως νερό στο οποίο έχει προστεθεί αντιψυκτικό, αρχίζει να κυκλοφορεί γύρω από το σύστημα. Το έργο που κάνει ένα ρευστό είναι ακριβώς κινητική ενέργεια.

Καθώς το ρευστό περνά μέσα από τα στρώματα του συστήματος, η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα, η οποία χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του σπιτιού. Αυτή η διαδικασία κυκλοφορίας μέσων παρέχει στο δωμάτιο θερμότητα και επιτρέπει την αποθήκευσή του οποιαδήποτε στιγμή της ημέρας ή του χρόνου.

Έτσι, ανακαλύψαμε την αρχή λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών.

Φαίνεται ότι πρόσφατα η ηλιακή μπαταρία συνδέθηκε έντονα με διαστημόπλοια, τροχιακοί σταθμοί και σεληνιακά ρόβερ. Και τώρα, μια συσκευή ικανή να εξάγει ηλεκτρική ενέργεια από το φως μπορεί να βρεθεί σε οποιαδήποτε αριθμομηχανή. Επιπλέον, στους πλούσιους ηλιακό φωςχώρες με ζεστά καλοκαίρια και ήπιους χειμώνες (οι επιστήμονες τις αποκαλούν «χώρες με υψηλή ηλιοφάνεια»), όπως η Ιταλία, η Ισπανία, η Πορτογαλία, οι νότιες πολιτείες των ΗΠΑ κ.λπ. Ηλιακή ενέργειαείναι ένα σημαντικό στοιχείο εξοικονόμησης κόστους για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας.Επιπλέον, αυτή η εξοικονόμηση γίνεται τόσο με ιδιωτική πρωτοβουλία πολιτών όσο και με τη μορφή υποχρεωτικών κυβερνητικών κανονισμών, όπως στην Ισπανία.

Οι προσπάθειες να κάνουν την ενέργεια του ήλιου να λειτουργεί για τον εαυτό τους έχουν γίνει από την ανθρωπότητα εδώ και πολύ καιρό, έτσι σύμφωνα με το μύθο, ο Αρχιμήδης έκαψε τον ρωμαϊκό στόλο, παραγγέλνοντας πολλούς καθρέφτες (σε άλλη εκδοχή - ασπίδες γυαλισμένες σε λάμψη) να εστιάσουν το φως του ήλιου. τα πανιά των ρωμαϊκών γαλέρων. Όμως, οι προσπάθειες αξιοποίησης της ενέργειας του ήλιου έδωσαν αξιοσημείωτα αποτελέσματα μόνο τον περασμένο αιώνα. Ποιοι είναι οι τρόποι χρήσης της ηλιακής ενέργειας;

Πώς να πάρετε ηλεκτρική ενέργεια

Ο πιο προφανής τρόπος είναι η μετατροπή της φωτεινής ενέργειας του ήλιου σε θερμότητα. Αυστηρά μιλώντας, αυτό δεν μπορεί καν να ονομαστεί μετασχηματισμός, επειδή το φως και η θερμότητα έχουν την ίδια φύση και διαφέρουν μόνο στη συχνότητα, θα ήταν πιο σωστό να μιλήσουμε για τη συλλογή θερμότητας. Για τη συλλογή ηλιακής θερμότητας, οι συσκευές ονομάζονται - («συλλέκτης» κυριολεκτικά σημαίνει συλλέκτης). Η αρχή της λειτουργίας τους είναι εξαιρετικά απλή - το ψυκτικό υγρό (νερό, λιγότερο συχνά αέρας) θερμαίνεται σε καλοριφέρ από υλικό που απορροφά τη θερμότητα. Τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται ευρέως για παροχή ζεστού νερού σε ιδιωτικές κατοικίες.

Αλλο ενδιαφέροντα τρόποΗ φύση μας λέει πώς να χρησιμοποιήσουμε την ενέργεια του πλησιέστερου αστέρα. Κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών εξέλιξης, τα φυτά έμαθαν να μετατρέπουν την ενέργεια του ήλιου σε ενέργεια χημικών δεσμών, συνθέτοντας μια σύνθετη ένωση - τη γλυκόζη - από απλές ουσίες. Όποιος δεν παρέλειψε τη βοτανική στο σχολείο, φυσικά, το μάντεψε μιλάμε γιασχετικά με τη φωτοσύνθεση. Αλλά δεν σκέφτηκαν όλοι την ενεργειακή ουσία αυτής της διαδικασίας, η οποία συνίσταται ακριβώς στη συσσώρευση ηλιακής ενέργειας και στην περαιτέρω χρήση της (συμπεριλαμβανομένου του χειμώνα) για «προσωπικούς» σκοπούς. Δηλαδή μιλάμε για βιοενέργεια. Ο πραγματικός και όχι αυτός για τον οποίο μιλούν οι εγχώριοι μάγοι. Η μέθοδος χρήσης της ηλιακής ενέργειας σύμφωνα με αυτήν την αρχή λειτουργίας εξακολουθεί να περιμένει την εφαρμογή της στην ανθρωπογενή τεχνολογία.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ο ευκολότερος τρόπος χρήσης της ηλιακής ενέργειας για προσωπικούς σκοπούς είναι η συλλογή θερμικής ενέργειας. Ωστόσο, το «πιο εύκολο» δεν σημαίνει πάντα «καλύτερο». Γεγονός είναι ότι θερμική ενέργεια- αυτό είναι, θα έλεγε κανείς, ένα «ευπαθές προϊόν». Προσπαθήστε να «συντηρήσετε» τη θερμότητα ή να τη μεταφέρετε σε μεγάλες αποστάσεις. Πιθανότατα, το κόστος θα καλύψει όλα τα πιθανά οφέλη. Ο πιο βολικός τύπος ενέργειας για συσσώρευση και μεταφορά είναι ο ηλεκτρισμός.Μπορεί να γίνει χωρίς ειδικά προβλήματασυλλέγει σε μπαταρίες ή μεταδίδει μέσω καλωδίων στο μέρος όπου θα λειτουργήσει, με ελάχιστες απώλειες. Αυτό οδηγεί στον τρίτο, πιο συνηθισμένο τρόπο χρήσης του ηλιακού φωτός - τη μετατροπή του σε ηλεκτρική ενέργεια.

Πως δουλεύει

Ο μετασχηματισμός του ηλιακού φωτός συμβαίνει σε μπαταρίες (δηλαδή ομάδες συνδεδεμένες σε σειρά) φωτοκυττάρων, οι οποίες έχουν αποκτήσει το όνομα «ηλιακές μπαταρίες». Με ποια αρχή λειτουργούν τα ηλιακά πάνελ;

Η καρδιά του φωτοκυττάρου είναι κρύσταλλο πυριτίου. Το πυρίτιο (ακριβέστερα, τα οξείδια του) συναντάμε καθημερινά - αυτή είναι η γνωστή άμμος. Έτσι, μπορούμε να πούμε ότι ένας κρύσταλλος πυριτίου είναι ένας τεράστιος κόκκος άμμου που καλλιεργείται σε εργαστήριο. Οι κρύσταλλοι έχουν σχήμα κύβου και κόβονται σε πλατίνα πάχους διακόσια μικρών (περίπου τρεις έως τέσσερις φορές το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας).

Στη μία πλευρά της γκοφρέτας σιλικόνης εφαρμόζεται το λεπτότερο στρώμαφώσφορο, από την άλλη πλευρά - ένα λεπτό στρώμα βορίου. Όπου το πυρίτιο έρχεται σε επαφή με το βόριο, εμφανίζεται περίσσεια ελεύθερων ηλεκτρονίων και όπου το πυρίτιο έρχεται σε επαφή με φώσφορο, αντίθετα, τα ηλεκτρόνια είναι σε έλλειψη, εμφανίζονται οι λεγόμενες «οπές». Η ένωση των μέσων με περίσσεια και ανεπάρκεια ηλεκτρονίων ονομάζεται φυσική π-νμετάβαση. Τα φωτόνια του φωτός βομβαρδίζουν την επιφάνεια της πλάκας και εκτοξεύουν την περίσσεια ηλεκτρονίων φωσφόρου σε ηλεκτρόνια βορίου που λείπουν. Η διατεταγμένη κίνηση των ηλεκτρονίων είναι ηλεκτρικό ρεύμα. Το μόνο που μένει είναι να το «συναρμολογήσουμε» περνώντας μεταλλικά κομμάτια μέσα από την πλάκα. Έτσι λειτουργεί καταρχήν ένα φωτοκύτταρο πυριτίου.

Η ισχύς μιας πλάκας φωτοκυττάρων είναι αρκετά μέτρια, αρκεί μόνο για τη λειτουργία ενός λαμπτήρα φακός. Να γιατί μεμονωμένα στοιχείασυλλέγονται σε συστήματα μπαταριών. Θεωρητικά, είναι δυνατή η συναρμολόγηση μιας μπαταρίας οποιασδήποτε ισχύος από τα στοιχεία. Η μπαταρία τοποθετείται σε μεταλλικό υπόστρωμα, ενισχυμένο για αύξηση της αντοχής και καλυμμένο με γυαλί. Είναι σημαντικό η ηλιακή μπαταρία να μετατρέπει όχι μόνο το ορατό μέρος του ηλιακού φάσματος σε ηλεκτρική ενέργεια, αλλά και το υπεριώδες μέρος του ηλιακού φάσματος, επομένως το γυαλί που καλύπτει την μπαταρία πρέπει να μεταδίδει υπεριώδη ακτινοβολία.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα μιας ηλιακής μπαταρίας είναι ότι χρησιμοποιεί φως, όχι θερμότητα, επομένως, σε αντίθεση με έναν συλλέκτη, μια ηλιακή μπαταρία μπορεί να λειτουργήσει το χειμώνα, εφόσον τα σύννεφα δεν εμποδίζουν το φως του ήλιου. Υπάρχουν έργα για την κατασκευή τεράστιων πεδίων ηλιακών συλλεκτών στην Αρκτική και την Ανταρκτική που θα αποθηκεύουν ενέργεια κατά τη διάρκεια της εξάμηνης πολικής ημέρας, η οποία συμβαίνει στο βορρά το καλοκαίρι και στο νότο το χειμώνα, που σημαίνει ότι δύο γιγάντιες μονάδες ηλιακής ενέργειας δεν θα γίνουν ποτέ σε αδράνεια ταυτόχρονα.

Όλα αυτά είναι μακροπρόθεσμα, αλλά μπορείτε να επωφεληθείτε από τις ιδιότητες μιας ηλιακής μπαταρίας σήμερα εξοπλίζοντας το σπίτι σας με μια μινιατούρα ηλιακή μονάδα παραγωγής ενέργειας. Ένας τέτοιος σταθμός, φυσικά, είναι απίθανο να είναι σε θέση να ικανοποιήσει πλήρως τις ανάγκες του νοικοκυριού σε ηλεκτρική ενέργεια, αλλά, χωρίς αμφιβολία, θα γίνει ένας ευαίσθητος παράγοντας για την εξοικονόμηση του οικογενειακού προϋπολογισμού.