Схема пристрою сонячної батареї і принцип роботи




Альтернативні джерела енергії, що перетворюють сонячне світло в електрику, стають все більш затребуваними в побуті і промисловості. Вони використовуються в авіації, космічних розробках, електроніці, для створення екологічно безпечного транспорту. Але найбільш перспективною вважається галузь енергозабезпечення будівель: живлення побутових приладів системи опалення будинку, нагрів гарячої води. До переваг відносять: незалежність від комунальних служб, можливість акумулювання запасу енергії, надійність і довгий термін служби. Але для досягнення максимального ефекту від застосування важливо знати принцип дії батарей і дотримуватися умов їх монтажу та експлуатації.

Схема пристрою сонячної батареї і принцип роботи

Зміст:

  • Конструкція і види
  • Як це працює?
  • Методи поліпшення ефективності функціонування
  • Опис пристрою, різновиди

    Фотоелектричні перетворювачі або сонячні акумулюючі батареї являють собою пластину з властивостями напівпровідника, яка виробляє постійний струм при попаданні на неї світлових променів. Основою може бути кремній (найбільш поширений вид) і його сполуки з міддю, галієм, кадмієм, індієм, амфорні, органічні або хімічні фотоелементи, полімерна плівка.

    Кожен матеріал має свій коефіцієнт ФЕП сонячних променів (від 5 до 30 %) і, як наслідок — виробляє певну потужність при рівної інтенсивності світлового потоку. Багато залежить від площі батареї, одиночний кристал напівпровідника виробляє незначну кількість енергії, в середньому для отримання 0,15 кВт потрібно 1 м2 панелі. Виняток становлять інноваційні багатошарові полімерні сполуки (монокристали), їх ККД досягає 30 %, але ця технологія ще недоступною пересічному споживачеві.

    Крім пластини, в схему сонячної батареї входять допоміжні прилади (для передачі, розподілу та акумулювання енергії):

    • Інвертор або перетворювач постійного струму.
    • Накопичувач для безперебійної роботи системи в нічний час або в похмуру погоду.
    • Стабілізатор напруги.
    • Контролер для відстеження заряду.

    В залежності від площі використовуються мініатюрні малопотужні батареї (до 10 Вт) або великі стаціонарні панелі. Перші відносяться до переносних (популярні для зарядки ноутбука, калькулятора, мобільних пристроїв). Другі частіше служать для енергопостачання та опалення будинку, розміщуються зазвичай на даху. Так як потужність батарей повністю пропорційна інтенсивності сонячної, стало доцільним розміщувати відстежують панелі (змінюють кут розташування в залежності від руху Сонця). Товщина варіантів з напівпровідника незначна (від 10 мкм до 10 см), але з урахуванням допоміжних приладів модулі важать більше, що враховується при прорахунку навантаження на крокви і поверхня даху.

    Схема пристрою сонячної батареї і принцип роботи

    Принцип фотоелектричного перетворення

    Для того щоб зрозуміти як працює сонячна батарея, слід згадати шкільний курс фізики. При потраплянні світла на пластину з двох шарів напівпровідників різної провідності виникає ефект p-n переходу, електрони з катода залишають свої атоми і захоплюються на рівні анода. При підключенні в схему навантаження (акумулятора) вони віддають свою позитивно заряджену енергію і повертаються в n-шар. Це явище відоме як «зовнішній фотоефект», а двошарова пластина як «фотоелемент». Найчастіше застосовується один і той же матеріал: базовий напівпровідник з певним типом провідності покривається шаром з протилежним зарядом, але з високою концентрацією легуючих домішок.

    Цей принцип роботи сонячних батарей незмінний з моменту відкриття ефекту; саме на кордоні зон здійснюється електронно-дірковий перехід. При впливі сонячних променів в обох напрямках проходить рух разнозаряженных частинок, при замиканні контуру ФЕП вони здійснюють роботу на навантаження. Для повноцінної передачі (збору і відводу електронів) використовується контактна система (зовнішня сторона батареї нагадує сітку або гребінку, а тильна зазвичай суцільна). Чим вище площа p-n переходу і коефіцієнт фотоелектричного перетворення напівпровідника, тим більшу потужність виробляє пристрій. Фізичне явище і принцип роботи не залежать від температури повітря, важлива лише інтенсивність сонячного світла. Як наслідок, на величину ККД панелі впливають погодні умови, клімат, сезон, географічна широта.

    Схема пристрою сонячної батареї і принцип роботи

    Способи підвищити ефективність батареї

    Навіть у середній смузі Росії установка сонячних акумуляторів окупається за 3-5 років, адже промені абсолютно безкоштовні і доступні круглий рік. Але для повноцінного опалення будинку в 100 м2 корисної площі буде потрібно близько 30 м2 панелей. Для посилення принципу фотоефекту рекомендується провести наступні роботи:

  • Розмістити батареї на південній стороні під кутом не менше 30°.
  • Не монтувати сонячні панелі в тіні високих дерев.
  • Раз у 2 роки очищати поверхню від бруду.
  • Встановити відстежують сонячне світло системи.
  • Повністю відмовлятися від зовнішнього енергопостачання не варто, навіть сучасні комплекси не здатні акумулювати достатню кількість енергії для повноцінного забезпечення будівлі при тривалої негоди. Краще всього використовувати їх як частину комбінованої системи.

    Поділитися з друзями
    Ремонт та вироби своїми руками