O princípio de operação e o dispositivo de painéis solares

O princípio de funcionamento da bateria solar

O dispositivo foi projetado para converter diretamente os raios do sol em eletricidade. Essa ação é chamada de efeito fotoelétrico. Semicondutores (wafers de silício), que são usados ​​para fazer elementos, têm elétrons carregados positivos e negativos e consistem em duas camadas, a camada n (-) e a camada p (+). Os elétrons em excesso sob a influência da luz solar são eliminados das camadas e ocupam lugares vazios em outra camada. Isso faz com que os elétrons livres se movam constantemente, movendo-se de uma placa para outra, gerando eletricidade que é armazenada na bateria.

O funcionamento de uma bateria solar depende muito de seu design. As células solares foram originalmente feitas de silício.Ainda são muito populares, mas como o processo de limpeza do silício é bastante trabalhoso e caro, estão sendo desenvolvidos modelos com fotocélulas alternativas a partir de compostos de cádmio, cobre, gálio e índio, porém menos produtivas.

A eficiência dos painéis solares aumentou com o desenvolvimento da tecnologia. Hoje, esse número aumentou de um por cento, registrado no início do século, para mais de vinte por cento. Isso nos permite hoje usar painéis não apenas para necessidades domésticas, mas também para produção.

Especificações

O dispositivo de bateria solar é bastante simples e consiste em vários componentes:

Diretamente células solares/painel solar;

Um inversor que converte corrente contínua em corrente alternada;

Controlador de nível de bateria.

Comprar baterias para painéis solares deve ser baseado nas funções necessárias. Eles armazenam e distribuem eletricidade. O armazenamento e consumo ocorre durante todo o dia, sendo que à noite a carga acumulada é apenas consumida. Assim, há um fornecimento constante e contínuo de energia.

O carregamento e descarregamento excessivos da bateria reduzirão sua vida útil. O controlador de carga da bateria solar suspende automaticamente o acúmulo de energia na bateria quando atinge seus parâmetros máximos e desliga a carga do dispositivo quando está muito descarregado.

(Tesla Powerwall - bateria de painel solar de 7KW - e carregamento doméstico para veículos elétricos)

O inversor de rede para painéis solares é o elemento de design mais importante. Converte a energia recebida dos raios do sol em corrente alternada de várias capacidades.Sendo um conversor síncrono, combina a tensão de saída da corrente elétrica em frequência e fase com uma rede estacionária.

As fotocélulas podem ser conectadas tanto em série quanto em paralelo. A última opção aumenta os parâmetros de potência, tensão e corrente e permite que o dispositivo funcione mesmo que um elemento perca a funcionalidade. Modelos combinados são feitos usando ambos os esquemas. A vida útil das placas é de cerca de 25 anos.

Escolhendo painéis solares para uma casa particular

Antes de comprar painéis solares para uma casa particular, descubra:

• Consumo diário de eletricidade no quarto;
• Um local para instalação de painéis (direcionado para o sul, enquanto não deve haver sombra sobre eles e o ângulo de inclinação apropriado deve ser definido);
• As baterias são colocadas em uma sala quente a essa temperatura de até 25 graus Celsius;
• Leve em consideração os picos de carga dos aparelhos elétricos;
• Uso sazonal ou permanente do sistema.

Para regiões com alta atividade de luz, as baterias monocristalinas são mais adequadas. Para uma residência de verão ou um terreno pessoal, se o uso sazonal for planejado, os modelos policristalinos micromórficos são os mais adequados. Eles são relativamente baratos, percebem bem a luz lateral difusa e trabalham em ângulo em tempo nublado.

Exemplo de cálculo

A área suburbana consome 3-6 kWh de energia elétrica, mas esse valor pode ser maior quando se usa um grande número de aparelhos elétricos ou iluminação adicional em casa. Uma casa de três andares consome de 20 a 50 kWh e até mais. Com base nas informações fornecidas, faremos um cálculo.

A intensidade energética da casa é de 7 kW (incluindo perdas). Se a casa estiver localizada no sul, onde há luz solar suficiente para o fornecimento de energia, serão necessárias cerca de 20 baterias. A potência de trabalho de um painel é de 400 watts. Esta quantidade é suficiente para fornecer energia a uma área suburbana onde vive permanentemente uma família de 4-6 pessoas.

Instalação

Ao comprar produtos de uma determinada empresa, você obtém instruções e diagramas de fiação detalhados e pode instalar fontes de alimentação ininterruptas e painéis solares com suas próprias mãos. Mas se você não deseja lidar com a instalação e configuração de sistemas ou nunca fez isso antes, confie esse trabalho a profissionais.

Especialistas vão ao local e realizam a instalação e comissionamento dos equipamentos em pouco tempo. Em média, a instalação de uma usina de energia solar leva de um a quatro dias, dependendo da complexidade do sistema, e uma fonte de alimentação ininterrupta é instalada em um a dois dias.

A instalação dos módulos solares ocorre de acordo com um esquema pré-aprovado, e todos os componentes do sistema; baterias, controladores de carga e conversores são instalados em um local conveniente e acessível para você. A usina é de fácil manutenção. Os painéis solares têm uma superfície lisa de vidro especial, que não permite o acúmulo de neve e poeira. As baterias usadas para sistemas solares são livres de manutenção e têm uma vida útil de até 10 anos.

Pontas

Especialistas dão várias recomendações sobre como colocar e conectar corretamente os painéis solares.

Na maioria das vezes, os produtos que usam fontes alternativas de energia são montados no telhado ou nas paredes da construção de moradias, menos frequentemente usam suportes especiais confiáveis.

Em qualquer caso, quaisquer apagões devem ser completamente excluídos, ou seja, as baterias devem ser orientadas de forma que não caiam sob a sombra de árvores altas e edifícios vizinhos.
A instalação de um conjunto de placas é realizada em fileiras, sua disposição é paralela; nesse sentido, é extremamente importante garantir que as fileiras mais altas não sombrem as que estão abaixo. Este requisito é muito importante, pois o sombreamento total ou parcial provoca a redução e até mesmo a cessação completa de qualquer produção de energia, além disso, pode ocorrer o efeito da formação de "correntes inversas", que muitas vezes provocam a quebra do equipamento.

A orientação adequada à luz solar é fundamental para a eficiência e eficácia dos painéis.

É muito importante que a superfície receba todos os raios UV possíveis. A orientação correta é calculada com base em dados sobre a localização geográfica do edifício

Por exemplo, se os painéis forem montados no lado norte do edifício, os painéis devem ser orientados para o sul.
Igualmente importante é o ângulo de inclinação geral da estrutura, também é determinado pela orientação geográfica da estrutura.Os especialistas calcularam que este indicador deve corresponder à latitude da localização da casa e, como o sol, dependendo da época do ano, muda sua localização acima do horizonte várias vezes, faz sentido considerar ajustar o ângulo final de instalação do baterias. Normalmente, a correção não excede 12 graus.

• As baterias devem ser colocadas de forma a fornecer acesso livre a elas, pois no inverno frio será necessário limpá-las periodicamente da neve que ataca e na estação quente - das manchas de chuva, que reduzem significativamente a eficiência de usar baterias.
• Até o momento, existem muitos modelos chineses e europeus de painéis solares à venda, que diferem em custo, para que todos possam instalar o modelo ideal para seu orçamento.

Em conclusão, deve-se notar que nosso planeta receberá o maior benefício do uso de painéis solares, uma vez que esta fonte de energia não causa absolutamente nenhum dano ao meio ambiente. Se você, como consumidor, se preocupa com o futuro da nossa Terra, o potencial de seus recursos terrestres e a conservação dos recursos naturais, os painéis solares são a melhor escolha.

Como instalar uma bateria solar no telhado da casa, veja o vídeo a seguir.

Conclusão sobre o tema

Uma abordagem profissional para a instalação de uma usina solar permitirá que você leve em consideração todos os fatores, nuances e evite erros irritantes.

Regras gerais para instalação de painéis solares

Ao instalar painéis solares, é necessário levar em consideração 5 fatores, cuja combinação determina o local e o método de instalação:

1. Dissipação de calor
2. Sombra
3. Orientação
4. Inclinar
5. Disponibilidade para atendimento

Como mencionado acima, a dissipação de calor desempenha um papel importante na manutenção do desempenho das baterias. É imprescindível deixar um vão de ventilação entre o painel e o plano de instalação, e quanto maior, melhor. Normalmente, ao montar uma estrutura ou estrutura para montagem de módulos entre o painel e o plano, restam de 5 a 10 centímetros. A ventilação máxima é garantida quando montada em uma estrutura ou haste separada.

Qualquer sombra que caia na bateria de árvores ou edifícios "desliga" a célula sombreada, o que acelera a degradação de módulos monocristalinos caros e interrompe completamente a geração de energia nos policristalinos. Os fabricantes oferecem várias maneiras de minimizar o risco de um "ponto quente" devido à interrupção do circuito elétrico, que deve ser considerado no momento da compra. Mas é melhor instalar a bateria de forma que a sombra "dura" não possa cair sobre ela de forma alguma. Uma sombra "suave" devido a neblina, nuvens ou poluição atmosférica não prejudica a bateria, apenas reduz a saída de energia.

Você precisa orientar a bateria para o sul - para que a insolação seja máxima. Todos os outros métodos de instalação são compromissos e é melhor não considerá-los. Não seria razoável gastar dezenas de milhares de rublos na compra de módulos, mas não seria razoável orientar a bateria não para o sol. Mapas de insolação para várias regiões da Federação Russa são publicados na Internet e estão disponíveis publicamente. A faixa central da Rússia está localizada principalmente na 2ª zona de insolação, onde a partir de 1 sq. medidores de um módulo solar ideal devidamente instalado podem produzir até 3 kWh/dia.

A disponibilidade de uma bateria para limpeza rápida da superfície permite realizar esta operação simples sem o envolvimento de especialistas.No inverno, a superfície deve estar livre de neve, no verão - de poeira e sujeira causadas pelo vento e pela chuva. Se houver um objeto em construção nas proximidades, a superfície dos módulos deverá ser limpa diariamente. A maneira mais fácil de fazer isso é com um jato de água de uma mangueira ou qualquer escova de limpeza de janelas.

Como alcançar a máxima eficiência

Ao comprar painéis solares para sua casa, é muito importante escolher um design que possa fornecer energia suficiente à sua casa. Acredita-se que a eficiência dos painéis solares em tempo nublado seja de aproximadamente 40 W por 1 metro quadrado por hora.

De fato, em tempo nublado, a potência da luz no nível do solo é de aproximadamente 200 watts por metro quadrado, mas 40% da luz solar é radiação infravermelha, à qual os painéis solares não são suscetíveis. Também vale a pena considerar que a eficiência da bateria raramente excede 25%.

Às vezes, a energia da luz solar intensa pode chegar a 500 W por metro quadrado, mas os cálculos devem levar em conta os valores mínimos, que tornarão o sistema autônomo de alimentação ininterrupta.

Todos os dias o sol brilha por uma média de 9 horas, se tomarmos a média anual. Em um dia, um metro quadrado da superfície do conversor é capaz de gerar 1 quilowatt de eletricidade. Se aproximadamente 20 quilowatts de eletricidade são consumidos por dia pelos moradores da casa, a área mínima dos painéis solares deve ser de aproximadamente 40 metros quadrados.

No entanto, tal indicador de consumo de eletricidade na prática é raro. Como regra, os inquilinos usarão até 10 kW por dia.

Se falamos sobre se os painéis solares funcionam no inverno, vale lembrar que nesta época do ano a duração das horas de luz do dia é bastante reduzida, mas se você fornecer ao sistema baterias poderosas, a energia recebida por dia deve ser suficiente, tendo em conta a presença de uma bateria de reserva.

Ao escolher uma bateria solar, é muito importante prestar atenção à capacidade das baterias. Se você precisar de painéis solares que funcionem à noite, a capacidade da bateria de backup desempenha um papel fundamental. Além disso, o dispositivo deve ser resistente a recargas frequentes.

Além disso, o dispositivo deve ser resistente a recargas frequentes.

Apesar do custo de instalação de painéis solares poder exceder 1 milhão de rublos, os custos serão pagos em alguns anos, pois a energia solar é absolutamente gratuita.

Como funciona uma bateria solar

Todas as coisas vivas na terra surgiram graças à energia do sol. A cada segundo, uma enorme quantidade de energia chega à superfície do planeta na forma de radiação solar. Enquanto queimamos milhares de toneladas de carvão e derivados de petróleo para aquecer nossas casas, os países mais próximos do equador sofrem com o calor. Usar a energia do sol para as necessidades humanas é uma tarefa digna para mentes curiosas. Neste artigo, consideraremos o projeto de um conversor direto de luz solar em energia elétrica - uma célula solar.

A bolacha fina consiste em duas camadas de silício com propriedades físicas diferentes. A camada interna é de silício monocristalino puro com condutividade de orifício. Do lado de fora, é coberto com uma camada muito fina de silício "contaminado", por exemplo, com uma mistura de fósforo. Um contato de metal sólido é aplicado na parte de trás da placa.No limite das camadas n e p, como resultado do transbordamento de cargas, são formadas zonas esgotadas com uma carga de volume positiva não compensada no n-camada e volume de carga negativa na camada p. Essas zonas juntas formam uma junção p-n.

A barreira de potencial que surge na junção impede a passagem dos portadores de carga majoritários, ou seja, elétrons do lado da camada p, mas passam livremente transportadores menores em direções opostas. Esta propriedade das junções p-n determina a possibilidade de obter fotoemf ao irradiar células solares com luz solar. Quando o SC é iluminado, os fótons absorvidos geram pares elétron-lacuna fora do equilíbrio. Os elétrons gerados na camada p próxima à junção p-n aproximam-se da junção p-n e são conduzidos para a região n pelo campo elétrico existente nela.

Da mesma forma, os buracos em excesso criados na camada n são parcialmente transferidos para a camada p. Como resultado, a camada n adquire uma carga negativa adicional e a camada p adquire uma carga positiva. A diferença de potencial de contato inicial entre as camadas p e n do semicondutor diminui e uma tensão aparece no circuito externo. O pólo negativo da fonte de corrente corresponde à camada n e a camada p ao positivo.

A maioria das células solares modernas tem uma única junção p-n. Em tal elemento, os portadores de carga livre são criados apenas por aqueles fótons cuja energia é maior ou igual ao intervalo de banda. Em outras palavras, a resposta fotoelétrica de uma única célula de junção é limitada à parte do espectro solar cuja energia é maior que o band gap, e fótons de menor energia não são utilizados. Essa limitação pode ser superada por estruturas multicamadas de dois ou mais SCs com diferentes intervalos de banda.Tais elementos são chamados de multijunção, cascata ou tandem. Por trabalharem com uma porção muito maior do espectro solar, possuem maior eficiência de conversão fotovoltaica. Em uma célula solar multijunção típica, as fotocélulas individuais são dispostas uma atrás da outra de modo que a luz solar atinja a célula com o maior bandgap primeiro, enquanto os fótons com a maior energia são absorvidos.

As baterias não funcionam com a luz do sol, mas com a luz do sol em princípio. A radiação eletromagnética atinge a Terra em qualquer época do ano. Apenas em tempo nublado, menos energia é produzida. Por exemplo, instalamos luzes autônomas movidas a energia solar. Claro, há curtos períodos em que as baterias não têm tempo para carregar totalmente. Mas, em geral, isso não acontece com tanta frequência durante o inverno.

Curiosamente, mesmo que a neve caia no painel solar, ele ainda continua convertendo a energia solar. E devido ao fato de as fotocélulas aquecerem, a própria neve derrete. O princípio é o mesmo que aquecer o vidro de um carro.

Clima de inverno perfeito para um dia sem nuvens gelado de bateria solar. Às vezes, nesses dias, até registros de geração podem ser organizados.

No inverno, a eficiência do painel solar cai. Em Moscou e na região de Moscou, em média, produz 8 vezes menos eletricidade por mês. Digamos que no verão para a operação de uma geladeira, computador e iluminação suspensa em casa, seja necessário 1 kW de energia; no inverno, é melhor estocar 2 kW para confiabilidade.

Ao mesmo tempo, no Extremo Oriente, a duração do sol é maior, a eficiência é reduzida em apenas uma vez e meia a duas vezes. E, claro, quanto mais ao sul, menor a diferença entre inverno e verão.

O ângulo de inclinação dos módulos também é importante. Você pode definir o ângulo universal para todo o ano. E você pode mudar todas as vezes, dependendo da estação. Isso não é feito pelos donos da casa, mas por especialistas que vão ao local.

Opções de conexão solar

Os painéis solares são compostos por vários painéis individuais. Para aumentar os parâmetros de saída do sistema na forma de potência, tensão e corrente, os elementos são conectados entre si, aplicando as leis da física.

A conexão de vários painéis entre si pode ser realizada usando um dos três esquemas de montagem de painéis solares:

• paralelo;
• consistente;
• misturado.

O circuito paralelo envolve a conexão de terminais de mesmo nome entre si, nos quais os elementos possuem dois nós comuns de convergência de condutores e suas ramificações.

Com um circuito paralelo, os pontos positivos são conectados aos pontos positivos e os negativos aos negativos, como resultado do aumento da corrente de saída e a tensão de saída permanece dentro de 12 volts

O valor da corrente de saída máxima possível em um circuito paralelo é diretamente proporcional ao número de elementos conectados. Os princípios para calcular a quantidade são dados no artigo que recomendamos.

O circuito serial envolve a conexão de pólos opostos: o "mais" do primeiro painel ao "menos" do segundo. O "mais" não utilizado restante do segundo painel e o "menos" da primeira bateria são conectados ao controlador localizado mais ao longo do circuito.

Esse tipo de conexão cria condições para o fluxo de corrente elétrica, em que há apenas uma forma de transferir o portador de energia da fonte para o consumidor.

Com conexão serial, a tensão de saída aumenta e chega a 24 volts, o que é suficiente para alimentar equipamentos portáteis, lâmpadas de LED e alguns receptores elétricos

Um circuito série-paralelo ou misto é usado com mais frequência quando é necessário conectar vários grupos de baterias. Ao aplicar este circuito, tanto a tensão quanto a corrente podem ser aumentadas na saída.

Com um esquema de conexão em série-paralelo, a tensão de saída atinge uma marca, cujas características são mais adequadas para resolver a maior parte das tarefas domésticas

Esta opção também é vantajosa no sentido de que em caso de falha de um dos elementos estruturais do sistema, outras cadeias de ligação continuam a funcionar. Isso aumenta significativamente a confiabilidade de todo o sistema.

Galeria de imagens

Foto de

Conectando células solares

Número de painéis dependendo das necessidades

Conexão serial de aparelhos solares

Conexão direta com luminárias

O princípio de montagem de um circuito combinado é baseado no fato de que os dispositivos dentro de cada grupo estão conectados em paralelo. E a conexão de todos os grupos em um circuito é realizada sequencialmente.

Combinando diferentes tipos de conexões, não será difícil montar uma bateria com os parâmetros necessários.O principal é que o número de células conectadas deve ser tal que a tensão de operação fornecida às baterias, levando em consideração sua queda no circuito de carregamento, exceda a tensão das próprias baterias e a corrente de carga da bateria ao mesmo tempo fornece a quantidade necessária de corrente de carga.