Come funzionano i pannelli solari

Il design di una batteria solare e il principio del suo funzionamento dipendono dai materiali e dalla tecnologia di cui è composta. Pertanto, è necessario comprendere le caratteristiche delle opzioni principali per capire quali sono le loro differenze e scegliere la soluzione appropriata per l'uso. Tutti i dati sono rilevanti per prodotti di alta qualità, le batterie economiche potrebbero non soddisfare i parametri dichiarati, poiché sono spesso prodotte con violazioni della tecnologia.

Design standard di pannelli solari rigidi.

Terminologia

I principali termini utilizzati in questo settore:

1. L'energia solare è l'elettricità che si ottiene dal sole quando si utilizzano i pannelli.
2. Irraggiamento solare - mostra quanta luce solare cade su un metro quadrato di una superficie situata perpendicolarmente ai raggi.
3. Le celle fotovoltaiche sono moduli in grado di convertire la luce solare in energia elettrica. Di solito producono da 1 a 2 watt di energia, ma ci sono anche opzioni più produttive.
4. Un impianto fotovoltaico è un insieme di apparecchiature che convertono la luce solare in energia elettrica.
5. I pannelli o pannelli solari sono un gruppo di celle fotovoltaiche raggruppate in un modulo di grandi dimensioni e collegate in serie o in modo serie-parallelo. Tipicamente, una batteria include da 36 a 40 segmenti.
6. Un array è una serie di pannelli solari collegati per fornire la quantità di corrente desiderata.
7. Moduli telaio - strutture in un telaio di alluminio, resistente e sigillato.
8. Gli elementi senza cornice sono opzioni flessibili, vengono utilizzati in condizioni di carichi inferiori.
9. Il kilowattora (kW) è una misura standard della potenza elettrica.
10. Efficienza (efficienza) - pannelli solari. Mostra quanta energia solare che colpisce la superficie viene convertita in elettricità. Di solito l'indicatore è 15-24%.
11. Il degrado è una diminuzione della capacità dei pannelli solari che si verifica per cause naturali. Viene misurato come percentuale degli indicatori originali.
12. I picchi di carico sono momenti in cui è necessaria la massima quantità di elettricità.
13. Il silicio cristallino è la materia prima per la produzione di pannelli solari. L'opzione più comune e durevole per oggi.
14. Il silicio amorfo è una composizione depositata sulla superficie per evaporazione e ricoperta da una composizione protettiva.
15. I semiconduttori sono sostanze che possono condurre corrente in determinate condizioni. Ciò include la maggior parte dei nuovi materiali utilizzati nella produzione di pannelli solari.
16. Un inverter è un dispositivo per convertire la corrente continua in corrente alternata.
17. Controller: regola la tensione di uscita dai moduli solari per caricare correttamente le batterie.

Mappa dell'insolazione sul territorio della Russia.

Questi sono solo i termini più comuni, ci sono opzioni aggiuntive. Ma anche conoscere le basi ti aiuterà a capire molto meglio l'argomento.

Categorie di qualità

Per valutare la qualità di un pannello solare è necessario innanzitutto conoscere la classe delle materie prime utilizzate per la produzione delle celle fotovoltaiche. L'efficienza e la durata dei prodotti finiti dipendono da questo. 4 classi principali:

1. Grado A - l'opzione migliore, in cui non ci sono danni e crepe. L'uniformità del riempimento e la levigatezza della superficie garantiscono prestazioni elevate, spesso anche superiori a quanto dichiarato nella documentazione. Inoltre, questa opzione ha il tasso di degradazione più basso e mantiene buone prestazioni per lungo tempo.
2. Grado B leggermente peggiore in termini di qualità, potrebbero esserci dei difetti sulla superficie. Ma allo stesso tempo, il più delle volte, l'uso consente di ottenere prodotti paragonabili in efficienza alla classe A. Gli indicatori di degrado sono un ordine di grandezza peggiore, quindi perdono più rapidamente le loro caratteristiche originali.
3. Grado C - un'opzione in cui possono esserci difetti piuttosto gravi - da crepe a scheggiature e altri danni. Ad un prezzo, tali moduli sono molto più economici, ma la loro efficienza non supera il 15%. Una soluzione economica adatta a piccoli carichi.
4. Grado D - in sostanza, si tratta dei rifiuti rimasti dopo la fabbricazione delle celle fotovoltaiche, che non dovrebbero essere utilizzati per produrre batterie. Ma molti produttori non molto onesti, soprattutto asiatici, li usano nella produzione. Le prestazioni di questa opzione sono estremamente basse.

È meglio scegliere la prima opzione, in casi estremi anche la seconda è adatta.Solo loro possono fornire un'efficienza normale e dureranno a lungo.

Anche la pellicola protettiva sui pannelli solari deve essere di alta qualità.

Il materiale di laminazione EVA è un film speciale che si trova sul lato anteriore e può essere utilizzato sul lato sbagliato. Lo scopo principale è proteggere gli elementi di lavoro dagli effetti negativi senza interferire con la luce solare. Le opzioni di alta qualità durano circa 25 anni, quelle di bassa qualità - da 5 a 10. È impossibile determinare la varietà a occhio, quindi è più facile procedere dal prezzo - per le buone opzioni, non sarà basso.

Nel video, ad esempio, capiscono chiaramente come si forma una corrente elettrica sotto l'influenza della luce solare.

Principio di funzionamento

È abbastanza difficile spiegare le caratteristiche della batteria solare, ma puoi capire i punti generali:

1. Quando la luce solare colpisce le fotocellule, lì inizia la formazione di coppie elettrone-lacuna di non equilibrio.
2. A causa dell'eccesso di elettroni, iniziano a spostarsi nello strato inferiore del semiconduttore.
3. La tensione viene applicata al circuito esterno. Un polo positivo appare al contatto dello strato p e un polo negativo appare al contatto dello strato n.
4. Se una batteria è collegata alle fotocellule, si ottiene un circolo vizioso e gli elettroni in costante movimento forniscono una carica graduale della batteria.
5. I moduli di silicio convenzionali sono celle a giunzione singola che possono generare energia solo da un certo spettro di luce solare. È per questo che l'efficienza dell'apparecchiatura è bassa.
6. Per risolvere il problema, i produttori hanno sviluppato opzioni a cascata, che possono prelevare energia da diversi raggi dello spettro solare.Ciò aumenta l'efficienza, ma a causa dell'alto costo di produzione, il prezzo di tali pannelli è molto più alto.
7. L'energia che non viene convertita in elettricità si trasforma in calore, quindi i pannelli solari si riscaldano fino a 55 gradi durante il funzionamento e le batterie dei semiconduttori fino a 180. Inoltre, quando la batteria solare si riscalda, l'efficienza della batteria solare diminuisce.

Lo schema più semplice della batteria solare.

A proposito! I pannelli solari sono più efficienti nelle limpide giornate invernali, quando c'è abbastanza luce e la bassa temperatura raffredda la superficie.

Di cosa sono fatti

Per studiare il dispositivo di una batteria solare, è necessario comprendere le principali varietà, poiché la tecnologia di produzione presenta differenze significative a seconda delle materie prime utilizzate:

1. Batterie CdTe. Il tellururo di cadmio viene utilizzato nella produzione di moduli di pellicola. Uno strato di diverse centinaia di micrometri è sufficiente per ottenere un'efficienza dell'ordine dell'11% o poco superiore. Questa è una cifra francamente bassa, ma in termini di 1 watt di potenza, il costo dell'elettricità è almeno il 30% in meno rispetto alle tradizionali opzioni in silicio. Nonostante il fatto che questa varietà sia molto più sottile e leggera.
2. tipo CIGS. L'abbreviazione significa che la composizione comprende rame, indio, gallio e selenio. Si scopre un semiconduttore, che viene applicato anche in un piccolo strato, ma a differenza della prima opzione, l'efficienza qui è un ordine di grandezza superiore e ammonta al 15%.
3. Tipi GaAs e InP distingue la possibilità di applicare uno strato sottile di 5-6 micron, mentre l'efficienza sarà di circa il 20%. Questa è una nuova parola nelle tecnologie per l'estrazione di elettricità dalla luce solare.A causa delle elevate temperature di esercizio, le batterie possono diventare molto calde senza perdita di prestazioni. Ma a causa del fatto che nella produzione vengono utilizzati materiali di terre rare, il costo di questo tipo è elevato.
4. Batterie a punti quantici (QDSC). Usano i punti quantici come materiale assorbente per convertire l'energia solare invece dei tradizionali materiali sfusi. Grazie alle caratteristiche della regolazione del gap di banda, è possibile realizzare moduli multigiunzione che assorbono l'energia solare in modo più efficiente.
5. Silicio amorfo applicato per evaporazione e ha una struttura eterogenea. Non ha un'elevata efficienza, ma una superficie omogenea assorbe molto bene anche la luce diffusa.
6. Policristallino le varianti sono realizzate fondendo il silicio e raffreddandolo in determinate condizioni per produrre cristalli unidirezionali. Una delle soluzioni più comuni per via del basso costo di produzione e dei buoni indicatori di efficienza.
7. Monocristallino gli elementi sono costituiti da cristalli solidi tagliati in lastre sottili e drogati con fosforo. La soluzione più duratura con bassi tassi di degradazione e una durata di servizio di almeno 30 anni, ma il più delle volte 10-15 anni in più.

Le batterie in tellururo di cadmio sono una delle più redditizie in termini di costo per kilowatt di elettricità.

A proposito! L'efficacia dell'una o dell'altra opzione dipende dalla tecnologia di produzione, quindi deve essere chiarita.

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Tipi e metodi di installazione dei pannelli solari

 

Pro e contro dei pannelli solari

Ogni tipo ha le sue caratteristiche che dovrebbero essere considerate nella scelta per decidere quale tipo è più adatto:

1. I pannelli monocristallini hanno la massima efficienza e per questo viene risparmiata l'area per il posizionamento dei moduli. Durano almeno 25 anni e perdono lentamente il potere. Allo stesso tempo la superficie è molto sensibile allo sporco, va lavata frequentemente. E il prezzo è il più alto di tutte le opzioni a base di silicio.
2. Le opzioni policristalline non assorbono i raggi solari in modo efficiente, ma funzionano meglio in condizioni di luce diffusa. In termini di rapporto qualità-prezzo, sono più redditizi, ma occupano più spazio a causa della minore efficienza.
3. Le batterie al silicio amorfo possono essere posizionate ovunque, anche sui muri degli edifici, poiché assorbono bene la luce diffusa. Con una bassa efficienza, hanno un prezzo basso, quindi possono essere utilizzati come opzione economica. Allo stesso tempo, servono a lungo e non temono così tanto la contaminazione della superficie.
4. Le opzioni delle terre rare hanno vantaggi e svantaggi simili, quindi puoi considerarle insieme. In termini di efficienza, sono superiori ai pannelli classici, possono essere applicati al film, il che è conveniente. Hanno un intervallo di temperatura più ampio, quindi il riscaldamento non influisce sull'efficienza del lavoro. Ma a causa del prezzo elevato e della rarità dei metalli, tali opzioni non sono ampiamente utilizzate.

L'opzione con montaggio a parete semplifica il lavoro di installazione.

Dove vengono utilizzati

Tutte le opzioni considerate possono essere installate nel settore privato per ricevere energia elettrica dal sole e risparmiare sulle risorse energetiche o addirittura raggiungere la completa autonomia. Per quanto riguarda l'uso, è necessario considerare alcuni semplici consigli:

1. Le opzioni monocristalline e policristalline sono posizionate al meglio sul tetto o sul terreno, avendo precedentemente costruito il telaio con l'angolazione desiderata.È auspicabile che l'angolo di inclinazione sia regolato, in modo da potersi adattare al sole.
2. I moduli film possono essere posizionati ovunque, sia a parete che sopra tetti. Funzionano bene anche se i raggi non colpiscono la superficie ad angolo retto, il che è molto importante.
3. Su scala industriale, anche le batterie a film sono preferite in quanto più economiche e facili da installare.

Le opzioni del film sono più facili da installare con grandi quantità di lavoro.

Esistono diverse varietà di celle solari, ma circa il 90% del mercato è occupato dai modelli tradizionali in silicio a causa del loro basso prezzo e delle buone prestazioni. Puoi scegliere una delle soluzioni a semiconduttore, ma poi dovrai spendere da una metà e mezza a due volte di più.