Avui dia, els panells solars s'han convertit en fonts reals de subministrament d'energia alternativa per a una casa privada. Estan àmpliament representats al mercat i l'ús d'una minicentral solar és força rendible. Aquesta situació es deu al creixement constant de la producció de plaques solars i equips addicionals, a la disminució dels preus dels elements del sistema i, en conseqüència, al cost de generació.
Contingut
- El principi de funcionament de la bateria solar
- Tipus de plaques solars
- Cèl·lules solars de silici monocristal·lí
- Cèl·lules de silici policristalí
- Bateries de silici amorf
- Bateries CdTe de pel·lícula fina
- Plaques solars de polímer
- L'elecció de plaques solars
- Tipus de
- Potència i voltatge
- Instal·lació de plaques solars
- Preguntat sovint
- Revisió de vídeo amb càlculs per a plaques solars
El principi de funcionament de la bateria solar
Qualsevol bateria solar és un convertidor fotovoltaic que utilitza la llum per produir energia elèctrica. Actualment, l'efecte fotoelèctric en materials semiconductors té un valor pràctic.
L'efecte es basa en l'aparició de portadors de càrrega elèctrica lliures en estructures semiconductors no homogènies quan s'exposen a fotons de llum. S'observa en diversos semiconductors: a base de silici, arsenur de gal·li, telurur de cadmi i grans molècules de polímer.
A causa de l'aparició de portadors lliures, l'energia dels quals no és suficient per superar la banda buida, es forma una diferència de potencial (tensió) entre els elèctrodes de l'element. Quan es connecten circuits externs, sorgeix un corrent elèctric entre ells.
Esquema de plaques solars
Les fotocèl·lules basades en diversos semiconductors converteixen diverses parts de l'espectre solar en energia elèctrica.Així, els mòduls de silici cristal·lí capturen fins al 80% de la radiació amb un desplaçament al vermell, els elements de pel·lícula basats en silici amorf també poden funcionar en el rang infrarojo, el diòxid de titani absorbeix raigs violetes i ultraviolats.
En algunes mostres de laboratori, els investigadors es van acostar a la marca del 50%. Si s'obtenen els mateixos resultats en la producció industrial, el cost de generació es pot reduir més de la meitat respecte al nivell actual.
Tipus de plaques solars
La característica principal de la classificació dels mòduls solars són els materials semiconductors utilitzats en la fabricació. Avui en dia, més del 80% està ocupat per plaques solars basades en silici. Són aquests tipus els que han rebut l'ús comercial més ampli possible, els ofereix la gran majoria de venedors que treballen en el sector.
Al seu torn, els panells solars de silici es divideixen en:
Tipus de plaques solars de silici
Cèl·lules solars de silici monocristal·lí
Les cèl·lules solars monocristal·lines són cèl·lules connectades elèctricament fetes de fines hòsties de monocristall de silici (240 micres). Els eixos òptics estan orientats en la mateixa direcció, s'utilitza material d'alta puresa (més del 99,99%). Això garanteix la màxima eficiència de conversió.Amb una eficiència teòricament possible per a un element de silici del 30%, en mostres en sèrie, la xifra arriba al 18-24%.
A l'exterior, les bateries d'un sol cristall són fàcils de distingir: tenen un color negre profund, l'element té la forma d'un quadrat normal (rectangle) amb cantonades tallades durant el tall.
La tecnologia per a la producció d'aquestes cèl·lules solars és el rècord en termes de cost entre les cèl·lules de silici. L'elevat cost de producció s'explica pels complexos processos de neteja de matèries primeres, fer créixer un sol cristall i tallar-lo amb precisió.
Com a resultat, les bateries monocristal·lines tenen el preu més alt: uns 0,9-1,1 dòlars per 1 W de potència.
Aquests elements també tenen un altre inconvenient greu: a causa de l'orientació precisa dels eixos òptics dels cristalls, el retorn òptim només es pot obtenir quan els raigs solars cauen perpendiculars al pla de l'element. Amb un canvi significatiu en l'angle d'il·luminació, així com en la llum dispersa, s'observa una forta disminució de la generació.
Cèl·lules de silici policristalí
Cèl·lules de silici policristalí
En les bateries policristalines, la cèl·lula inclou una pluralitat de cristalls amb una orientació aleatòria dels eixos òptics. La seva producció no requereix matèries primeres amb un alt grau de purificació: es poden utilitzar fonts secundàries (en particular, bateries de silici reciclades), residus de la producció metal·lúrgica.
Com a resultat, el cost de fabricació es redueix molt. Tanmateix, això també redueix l'eficiència de conversió: les millors mostres demostren una eficiència del 15-18%.
Externament, les policristalines són plaques rectangulars regulars de color blau saturat. El cost de generar panells "blaus" és d'aproximadament 0,7-0,9: per 1 W.Al mateix temps, mostren una reducció significativament menor de la il·luminació difusa i la incidència de la llum en angles diferents de 90 graus.
Bateries de silici amorf
Estan fets de silici a-Si amorf (no cristal·lí) dipositant vapor d'hidrur de silici sobre un substrat flexible. Com a resultat, ja s'obté un efecte fotoelèctric estable amb un gruix de pel·lícula de diverses micres.
El procés tecnològic és significativament més barat a causa de la quantitat mínima de matèries primeres de silici requerides, els requisits reduïts per a la seva puresa i l'absència d'operacions complexes, com fer créixer un cristall i tallar-lo.
L'eficiència de conversió és d'un 8-11%, el cost de generació es troba en el rang de 0,5-0,7% per 1 W. El principal desavantatge d'aquestes bateries és la baixa eficiència de conversió, que requereix una gran àrea per proporcionar l'energia necessària. Tanmateix, es compensa amb la capacitat d'instal·lar-se a qualsevol superfície: un substrat flexible no requereix ni bases ni estructures especials per a la instal·lació.
A més, els mòduls polimòrfics moderns poden funcionar en el rang d'infrarojos, la qual cosa redueix significativament les pèrdues d'eficiència sota il·luminació difusa. Com a resultat, la proporció d'elements amorfs representa avui al voltant del 10% del mercat mundial.
Bateries CdTe de pel·lícula fina
Bateries CdTe de pel·lícula fina
Les cèl·lules solars basades en telurur de cadmi (CdTe) poden convertir-se en una alternativa real a les cèl·lules de silici. Actualment, demostren una eficiència de conversió, de mitjana, un 20% més alta que el silici amorf similar a un cost un 20% inferior.Això s'aconsegueix a causa de les característiques úniques del semiconductor, que proporciona el buit de banda òptim.
Aquests panells es fan aplicant una capa de material semiconductor a pel·lícules primes. La tecnologia encara està disponible per a un nombre limitat de fabricants, però la producció en sèrie d'aquestes bateries ja ha estat llançada per l'empresa nord-americana First Solar.
Plaques solars de polímer
En els mòduls solars de polímer, l'efecte fotoelèctric és proporcionat per una capa de "semiconductor polímer": grans molècules de compostos orgànics. En l'actualitat, la tecnologia d'aquests productes està a prop del desplegament de la producció a gran escala (algunes empreses europees ja han establert la producció comercial).
Plaques solars de polímer
S'estima que l'eficiència de conversió d'aquests dispositius està en el rang del 8-11%. A causa de la producció barata rècord, l'ús de materials polimèrics flexibles i l'absència de problemes amb l'eliminació, en un futur proper, els mòduls solars de polímers podran competir seriosament amb els productes ja fabricats.
Els fabricants també estan desenvolupant activament panells solars basats en:
- arsenur de gal·li, selenurs de coure-indi-gal·li (CGIS);
- tecnologies híbrides, en què diversos elements semiconductors funcionen de manera diferent en diferents parts de l'espectre solar;
- cèl·lules fotosensibilitzades, amb matràs de Gretzel com a element de treball;
- nanoantenes, en què la llum solar com a radiació electromagnètica indueix EMF, etc.
L'elecció de plaques solars
En triar panells solars, cal determinar no només el tipus, sinó també els paràmetres elèctrics: potència i voltatge.
Tipus de
Trieu el tipus de panell solar a partir de les condicions d'insolació (nombre de dies assolellats, intensitat de radiació):
- Per tant, les bateries de silici monocristal·lí són molt adequades per a la instal·lació a les regions del sud.
- Al carril mitjà i altres territoris russos, la millor opció serien els panells policristal·lins, que han demostrat ser bons en condicions d'il·luminació difusa.
- A les latituds nord, s'ha de prestar més atenció als mòduls amorfs, que permeten crear una àrea de bateria important sense treballs d'instal·lació addicionals.
La categoria de qualitat també requereix atenció. En el marcatge de les bateries, aquest paràmetre s'indica com a grau A, B o C. S'han de preferir els productes de grau A, ceteris paribus: duraran 20-30 anys amb poca degradació (no més del 20%).
Les categories de qualitat inferior s'assignen als productes en funció dels resultats de les proves de fàbrica, que revelen una desviació dels paràmetres nominals de no més del 5% (Grau B) i del 30% (Grau C) durant el funcionament.
Potència i voltatge
La potència dels panells es determina de la següent manera:
Calcula el consum total mitjà d'energia (segons els indicadors del comptador elèctric, factures d'electricitat). Per al consum diari mitjà, les xifres mensuals es divideixen pel nombre de dies.- Al resultat obtingut s'afegeix un 20-30% per obtenir un marge, tenint en compte el factor de conversió (pèrdues de càrrega de la bateria i funcionament del inversor).
- A partir de les dades obtingudes, es calcula la potència de sortida dels panells tenint en compte la durada de les hores de llum. Per als càlculs, es pren igual a 6 hores, respectivament, la potència de la bateria hauria de superar el consum mitjà en 4 vegades.
- Seleccioneu la tensió del panell. Per regla general, els fabricants ofereixen bateries amb una tensió de sortida de 12 V.Tanmateix, per carregar dispositius d'emmagatzematge i augmentar l'eficiència de convertir la tensió directa en voltatge alterna a l'inversor (especialment a alta potència), és més rendible tenir valors més alts.
Ús estàndard:- 12 V per a sistemes de fins a 1 kW.
- 24 V o 36 V - fins a 5 kW.
- 48 V - més de 5 kW.
Aquests voltatges s'obtenen connectant panells en sèrie.
- La potència màxima es determina sumant la potència de tots els consumidors de la casa.
- La potència màxima es determina amb un marge del 10-20%, per exemple, per als corrents d'arrencada dels motors elèctrics i el funcionament dels elements de calefacció del sistema d'aigua calenta, rentadores i rentavaixelles, etc.
- La potència màxima determina el corrent màxim dels panells.
- Els llibres de referència troben el coeficient d'insolació (a l'estiu i a l'hivern) de la zona.
Per a més càlculs, utilitzeu la fórmula:
P = Kc * Wn * Ki, tenint en compte
- Кс - coeficient estacional, per a l'estiu es pren igual a 0,5, per a l'hivern - 0,7;
- Ki és el coeficient d'insolació per a l'estiu i l'hivern;
- Wn és la potència nominal del panell.
Després d'haver seleccionat diversos models de bateries als catàlegs dels fabricants, per a cadascun d'ells es calcula la potència de generació a l'hivern i a l'estiu.
A continuació, es determina el nombre de panells necessaris dividint el consum d'energia mitjà calculat anteriorment (amb un marge) per la potència de generació. Els càlculs es realitzen per als períodes d'hivern i estiu, com a resultat, prenen un valor més gran.
Després dels càlculs comproveu:
- Càrrega màxima de corrent al panell per consum màxim. Si la intensitat màxima és superior a la que proporcionen les bateries connectades en paral·lel, s'han de seleccionar-ne de més potents.
- Pressupost. El cost total dels panells es determina i es compara amb l'import assignat per a la seva compra.
- Quadrat. L'àrea total dels panells es calcula i es compara amb l'àrea del lloc assignat per a la instal·lació. Si no hi ha prou espai, es tornen a calcular per a bateries més potents.
Instal·lació de plaques solars
No hi ha requisits estrictes per a la instal·lació de plaques solars. El col·lector solar es pot muntar en angle, sobre una superfície vertical o horitzontal. Al mateix temps, els panells rígids (mono i policristal·lins) s'instal·len sobre un marc rígid, fixats als punts de fixació mitjançant fixacions completes. Les bateries sobre un suport elàstic permeten col·locar-se sobre superfícies irregulars (per exemple, un sostre ondulat).
Les connexions entre els panells es realitzen amb conductors trenats amb accessoris extrems. La secció transversal dels elements que porten corrent es calcula a partir del valor del corrent nominal i màxim.
En triar la ubicació i l'angle d'instal·lació, cal tenir en compte la condició principal per a la màxima generació: la incidència de la llum solar perpendicular al pla de la bateria.
Això es pot aconseguir:
- Orientació dels mòduls en direcció sud.
- Col·locant-los en un angle igual a la latitud geogràfica de la zona.
- El canvi en l'angle d'inclinació dins de +/- 20%, respectivament, a l'hivern i a l'estiu.
A més, per als panells d'un sol cristall, és fonamental tenir cura de l'absència d'ombrejats: en llum difusa, la seva eficiència disminueix dràsticament.
Preguntat sovint
Les bateries de grau A solen estar garantides durant 15-25 anys. Durant aquest temps, la disminució dels indicadors respecte al nominal no supera el 20%.
La insolació en aquestes regions no contribueix al funcionament eficient de les bateries monocristal·lines. La posició es pot millorar lleugerament mitjançant dispositius rotatius de seguiment de la lluminària, però la seva implementació augmenta significativament el cost de la instal·lació en conjunt.
No necessàriament, la majoria dels fabricants diuen que la precipitació natural és suficient per rentar la pols per al funcionament normal. No obstant això, diverses vegades per temporada no serà superflu ruixar amb aigua d'una mànega. Per descomptat, assegureu-vos de treure la neu a l'hivern després de les nevades.
Amb el càlcul correcte del nombre de panells i equips addicionals (bateries, inversor), la planta d'energia solar farà front completament a la font d'alimentació de la casa sense duplicar fonts.
La majoria de petits fabricants utilitzen mòduls d'empreses del TOP 10. La reputació d'un fabricant es pot comprovar fàcilment al lloc web de Califòrnia (https://gosolarcalifornia.org/equipment/pv_modules.php) o al TUV europeu (https://www. laboratoris .tuev-sued.de /industry_and_consumer_products/certificats).
Revisió de vídeo amb càlculs per a plaques solars
