Hoy en día, los paneles solares se han convertido en fuentes reales de suministro de energía alternativa para una casa privada. Están ampliamente representados en el mercado y el uso de una minicentral solar es bastante rentable. Esta situación se debe al constante crecimiento en la producción de paneles solares y equipos adicionales, a la disminución de los precios de los elementos del sistema y, en consecuencia, del costo de generación.
Contenido
- El principio de funcionamiento de la batería solar.
- Tipos de paneles solares
- Células solares de silicio monocristalino
- Células de silicio policristalino
- Baterías de silicio amorfo
- Baterías CdTe de película delgada
- Paneles solares de polímero
- La elección de los paneles solares.
- Tipo de
- Potencia y voltaje
- Instalación de paneles solares.
- preguntado a menudo
- Revisión de video con cálculos para paneles solares.
El principio de funcionamiento de la batería solar.
Cualquier batería solar es un convertidor fotovoltaico que utiliza la luz para producir energía eléctrica. En la actualidad, el efecto fotoeléctrico en materiales semiconductores tiene valor práctico.
El efecto se basa en la aparición de portadores de carga eléctrica libres en estructuras semiconductoras no homogéneas cuando se exponen a fotones de luz. Se observa en varios semiconductores, a base de silicio, arseniuro de galio, telururo de cadmio, moléculas de polímero grandes.
Debido a la aparición de portadores libres, cuya energía no es suficiente para superar la brecha de banda, se forma una diferencia de potencial (voltaje) entre los electrodos del elemento. Cuando se conectan circuitos externos, surge una corriente eléctrica entre ellos.
esquema de paneles solares
Las fotocélulas basadas en varios semiconductores convierten varias partes del espectro solar en energía eléctrica. Por lo tanto, los módulos de silicio cristalino capturan hasta el 80% de la radiación con un desplazamiento hacia el rojo, los elementos de película basados en silicio amorfo también pueden operar en el rango infrarrojo, el dióxido de titanio absorbe rayos violeta y ultravioleta.
En algunas muestras de laboratorio, los investigadores se acercaron a la marca del 50%. Si se obtienen los mismos resultados en la producción industrial, el costo de generación puede reducirse a más de la mitad con respecto al nivel actual.
Tipos de paneles solares
La característica principal de la clasificación de los módulos solares son los materiales semiconductores utilizados en la fabricación. Hoy, más del 80% está ocupado por paneles solares a base de silicio. Son estos tipos los que han recibido el uso comercial más amplio posible, los ofrece la gran mayoría de los vendedores que trabajan en la industria.
A su vez, los paneles solares de silicio se dividen en:
Tipos de paneles solares de silicio
Células solares de silicio monocristalino
Las células solares monocristalinas son células conectadas eléctricamente hechas de finas obleas monocristalinas de silicio (240 micras). Los ejes ópticos están orientados en la misma dirección, se utiliza material de alta pureza (más del 99,99%). Esto asegura la máxima eficiencia de conversión.Con una eficiencia teóricamente posible para un elemento de silicio del 30%, en muestras seriadas, la cifra alcanza el 18-24%.
Externamente, las baterías monocristalinas son fáciles de distinguir: tienen un color negro intenso, el elemento tiene forma de cuadrado regular (rectángulo) con esquinas cortadas durante el corte.
La tecnología para la producción de este tipo de células solares ostenta el récord en términos de coste entre las células de silicio. El alto costo de producción se explica por los complejos procesos de limpieza de materias primas, crecimiento de un solo cristal y corte con precisión.
Como resultado, las baterías monocristalinas tienen el precio más alto: entre 0,9 y 1,1 dólares por 1 W de potencia.
Dichos elementos también tienen otro inconveniente grave: debido a la orientación precisa de los ejes ópticos de los cristales, el rendimiento óptimo solo se puede obtener cuando los rayos del sol caen perpendicularmente al plano del elemento. Con un cambio significativo en el ángulo de iluminación, así como en la luz dispersa, se observa una fuerte disminución en la generación.
Células de silicio policristalino
Células de silicio policristalino
En las baterías policristalinas, la celda incluye una pluralidad de cristales con una orientación aleatoria de los ejes ópticos. Su producción no requiere materias primas con un alto grado de purificación: se pueden utilizar fuentes secundarias (en particular, baterías de silicio recicladas), desechos de la producción metalúrgica.
Como resultado, el coste de fabricación se reduce considerablemente. Sin embargo, esto también reduce la eficiencia de conversión: las mejores muestras muestran una eficiencia del 15 al 18 %.
Externamente, los policristalinos son placas rectangulares regulares de color azul saturado. El costo de generar paneles "azules" es de aproximadamente 0,7-0,9: por 1 W.Al mismo tiempo, muestran una reducción significativamente menor en la iluminación difusa y la incidencia de la luz en ángulos distintos de los 90 grados.
Baterías de silicio amorfo
Están hechos de silicio amorfo (no cristalino) a-Si depositando vapor de hidruro de silicio sobre un sustrato flexible. Como resultado, ya se obtiene un efecto fotoeléctrico estable con un espesor de película de varias micras.
El proceso tecnológico es significativamente más barato debido a la cantidad mínima de materias primas de silicio requeridas, los requisitos reducidos para su pureza y la ausencia de operaciones complejas, como hacer crecer un cristal y cortarlo.
La eficiencia de conversión es de aproximadamente 8-11%, el costo de generación se encuentra en el rango de 0.5-0.7% por 1 W. La principal desventaja de tales baterías es la baja eficiencia de conversión, que requiere un área grande para proporcionar la energía requerida. Sin embargo, está más que compensado por la capacidad de instalarse en cualquier superficie: un sustrato flexible no requiere incluso bases y estructuras especiales para la instalación.
Además, los módulos polimórficos modernos pueden operar en el rango infrarrojo, lo que reduce significativamente las pérdidas de eficiencia bajo iluminación difusa. Como resultado, la participación de los elementos amorfos hoy en día representa alrededor del 10% del mercado mundial.
Baterías CdTe de película delgada
Baterías CdTe de película delgada
Las células solares basadas en telururo de cadmio (CdTe) pueden convertirse en una alternativa real a las células de silicio. Actualmente, demuestran una eficiencia de conversión, en promedio, un 20 % mayor que el silicio amorfo similar a un costo un 20 % menor.Esto se logra gracias a las características únicas del semiconductor, que proporciona la banda prohibida óptima.
Dichos paneles se fabrican aplicando una capa de material semiconductor a películas delgadas. La tecnología todavía está disponible para un número limitado de fabricantes, pero la empresa estadounidense First Solar ya ha lanzado la producción en serie de este tipo de baterías.
Paneles solares de polímero
En los módulos solares de polímero, el efecto fotoeléctrico lo proporciona una capa de "semiconductor de polímero": grandes moléculas de compuestos orgánicos. En la actualidad, la tecnología de este tipo de productos está cerca del despliegue de la producción a gran escala (algunas empresas europeas ya han establecido la producción comercial).
Paneles solares de polímero
Se estima que la eficiencia de conversión de tales dispositivos está en el rango de 8-11%. Debido a la producción económica récord, el uso de materiales poliméricos flexibles y la ausencia de problemas con la eliminación, en un futuro próximo, los módulos solares de polímero podrán competir seriamente con los productos ya fabricados.
Los fabricantes también están desarrollando activamente paneles solares basados en:
- arseniuro de galio, seleniuros de cobre-indio-galio (CGIS);
- tecnologías híbridas, en las que varios elementos semiconductores funcionan sobre bases diferentes en distintas partes del espectro solar;
- células fotosensibilizadas, con matraces Gretzel como elemento de trabajo;
- nanoantenas, en las que la luz solar como radiación electromagnética induce campos electromagnéticos, etc.
La elección de los paneles solares.
Al elegir paneles solares, es necesario determinar no solo el tipo, sino también los parámetros eléctricos: potencia y voltaje.
Tipo de
Elija el tipo de panel solar de las condiciones de insolación (número de días soleados, intensidad de radiación):
- Por lo tanto, las baterías de silicio monocristalino son muy adecuadas para su instalación en las regiones del sur.
- En el carril central y otros territorios rusos, la mejor opción serían los paneles policristalinos, que han demostrado su eficacia en condiciones de iluminación difusa.
- En las latitudes del norte, se debe prestar más atención a los módulos amorfos, que permiten crear un área de batería significativa sin trabajo de instalación adicional.
La categoría de calidad también requiere atención. En el marcado de las baterías, este parámetro se indica como Grado A, B o C. Ceteris paribus, se deben preferir los productos de Grado A: durarán entre 20 y 30 años con poca degradación (no más del 20%).
Las categorías de calidad inferior se asignan a los productos en función de los resultados de las pruebas de fábrica, que revelan una desviación de los parámetros nominales de no más del 5 % (Grado B) y del 30 % (Grado C) durante la operación.
Potencia y voltaje
La potencia de los paneles se determina de la siguiente manera:
Calcule el consumo de energía total promedio (según los indicadores del medidor eléctrico, facturas de electricidad). Para el consumo diario promedio, las cifras mensuales se dividen por el número de días.- Al resultado obtenido se le suma un 20-30% para obtener un margen, teniendo en cuenta el factor de conversión (pérdidas en la carga de la batería y funcionamiento del inversor).
- Según los datos obtenidos, la potencia de salida de los paneles se calcula teniendo en cuenta la duración de las horas de luz. Para los cálculos, se toma igual a 6 horas, respectivamente, la energía de la batería debe exceder el consumo promedio en 4 veces.
- Seleccione el voltaje del panel. Como regla general, los fabricantes ofrecen baterías con un voltaje de salida de 12V.Sin embargo, para cargar los dispositivos de almacenamiento y aumentar la eficiencia de convertir el voltaje directo en voltaje alterno en el inversor (especialmente a alta potencia), es más rentable tener valores más altos.
Uso estándar:- 12 V para sistemas de hasta 1 kW.
- 24 V o 36 V - hasta 5 kW.
- 48 V - más de 5 kW.
Dichos voltajes se obtienen conectando paneles en serie.
- La potencia máxima se determina sumando la potencia de todos los consumidores de la casa.
- La potencia pico se determina con un margen del 10-20%, por ejemplo, para las corrientes de arranque de motores eléctricos y el funcionamiento de las resistencias del sistema de agua caliente, lavadoras y lavavajillas, etc.
- El pico de potencia determina la corriente máxima de los paneles.
- Los libros de referencia encuentran el coeficiente de insolación (en verano e invierno) para el área.
Para más cálculos, utilice la fórmula:
P = Kc * Wn * Ki, teniendo en cuenta
- Кс – coeficiente estacional, para el horario de verano se toma igual a 0,5, para el invierno — 0,7;
- Ki es el coeficiente de insolación para el horario de verano e invierno;
- Wn es la potencia nominal del panel.
Habiendo seleccionado varios modelos de baterías en los catálogos de los fabricantes, para cada uno de ellos se calcula la potencia de generación en invierno y verano.
Luego, el número requerido de paneles se determina dividiendo el consumo de energía promedio calculado anteriormente (con un margen) por la energía de generación. Los cálculos se realizan para los períodos de invierno y verano, por lo que toman un valor mayor.
Después de los cálculos comprobar:
- Carga máxima de corriente en el panel por pico de consumo. Si la corriente máxima es superior a la que proporcionan las baterías conectadas en paralelo, se deberán seleccionar otras de mayor potencia.
- Presupuesto. Se determina el costo total de los paneles y se compara con el monto asignado para su compra.
- Cuadrado. El área total de los paneles se calcula y compara con el área del lugar asignado para la instalación. Si no hay suficiente espacio, se recalculan para baterías más potentes.
Instalación de paneles solares.
No hay requisitos estrictos para instalar paneles solares. El colector solar se puede montar en ángulo, en una superficie vertical u horizontal. Al mismo tiempo, los paneles rígidos (monocristalinos y policristalinos) se instalan en un marco rígido, fijado en los puntos de unión mediante sujetadores completos. Las baterías en un respaldo elástico permiten colocarlas en superficies irregulares (por ejemplo, un techo ondulado).
Las conexiones entre los paneles se realizan con conductores trenzados con terminales. La sección transversal de los elementos que transportan corriente se calcula a partir del valor de la corriente nominal y máxima.
Al elegir una ubicación y un ángulo de instalación, se debe tener en cuenta la condición principal para la generación máxima: la incidencia de la luz solar perpendicular al plano de la batería.
Esto se puede lograr:
- Orientación de módulos en dirección sur.
- Colocándolos en un ángulo igual a la latitud geográfica del área.
- El cambio en el ángulo de inclinación dentro de +/- 20%, respectivamente, en invierno y verano.
Además, para los paneles monocristalinos, es fundamental cuidar la ausencia de sombreado: con luz difusa, su eficiencia se reduce drásticamente.
preguntado a menudo
Las baterías de grado A generalmente tienen una garantía de 15 a 25 años. Durante este tiempo, la disminución de los indicadores del nominal no supera el 20%.
La insolación en estas regiones no contribuye al funcionamiento eficiente de las baterías monocristalinas. La posición puede mejorarse ligeramente mediante dispositivos de seguimiento rotativo para la luminaria, pero su implementación aumenta significativamente el costo de la instalación en su conjunto.
No necesariamente, la mayoría de los fabricantes dicen que la precipitación natural es suficiente para eliminar el polvo para el funcionamiento normal. Sin embargo, varias veces por temporada no será superfluo rociar con agua de una manguera. Por supuesto, asegúrese de quitar la nieve en el invierno después de las nevadas.
Con el cálculo correcto de la cantidad de paneles y equipos adicionales (baterías, inversor), la planta de energía solar hará frente por completo al suministro de energía de la casa sin duplicar las fuentes.
La mayoría de los pequeños fabricantes utilizan módulos de empresas del TOP 10. La reputación de un fabricante se puede comprobar fácilmente en el sitio web de California (https://gosolarcalifornia.org/equipment/pv_modules.php) o en la TUV europea (https://www .tuev-sued.de /industry_and_consumer_products/certificates) laboratorios.
Revisión de video con cálculos para paneles solares.
