Опубликовано

Самодельные солнечные батареи

Устройство и принцип работы

Рисунок 1 — Общий вид солнечной батареи.

Основными составляющими солнечной батареи являются фотогальванические ячейки, сделанные из пластин кремния. Панель состоит из алюминиевой рамы, в которую вставлено закаленное, ударопрочное сверхпрозрачное стекло. На стекло в виде матрицы укладываются ячейки, которые соединяются последовательно методом пайки. Общий вид солнечной батареи приведен на рисунке 1, а типичная схема соединения ее ячеек — на рисунке 2. Количество ячеек может быть разное в зависимости от требуемой мощности. В результате этого у собранной батареи получаются два вывода — «+» и «-«. Далее этот набор ячеек подвергается инкапсуляции, то есть тщательно герметизируется специальной пленкой или заливается двухкомпонентным компаундом — веществом, похожим на эпоксидную смолу.

Под воздействием света на кремниевых элементах возникает разность потенциалов, которая в итоге суммируется, так как ячейки соединены последовательно. Напряжение солнечной батареи будет меняться, в зависимости от интенсивности освещения. Чтобы эффективно использовать полученную электроэнергию, солнечную батарею нужно правильно подключать в схему взаимодействия с другими устройствами.

Схема подключения

Рисунок 2 — Типичная схема соединения ячеек солнечной батареи.

Типичная схема фотоэлектрической системы приведена на рисунке 3. Основные ее элементы — это одна или несколько солнечных батарей, соединенных параллельно, контроллер заряда-разряда аккумулятора, аккумуляторные батареи, инвертор и потребители электроэнергии. Самыми распространенными являются 12-вольтовые системы с преобразованием в 220 вольт переменного напряжения (при необходимости). Чтобы лучше понять, как работает такая схема, следует рассмотреть все ее элементы поподробнее.

Первым элементом в схеме подключения солнечных батарей является диод Шоттки. Обычно на схемах эта деталь не показана, так как она, как правило, изначально вмонтирована в солнечную панель. Диоды Шоттки защищают элементы от выхода из строя в те моменты, когда часть батареи или вся панель с наступлением ночи затеняется и перестает генерировать электрический ток. В этом случае элементы становятся потребителями тока от аккумуляторных батарей, и именно диод Шоттки препятствует обратному протеканию тока. Это проиллюстрировано на рисунке 4.

Следующий элемент — это контроллер заряда АКБ. Он представляет собой электронное устройство, которое автоматически управляет процессами заряда и разряда аккумулятора, а также защищает его от чрезмерного заряда и разряда, ведь эти факторы могут вывести АКБ из строя. Это работает следующим образом. Днем, когда аккумулятор заряжается от солнечной батареи, контроллер следит за напряжением на клеммах аккумулятора, и, как только оно достигает верхнего предельного значения (более 14 вольт для 12-вольтной системы), процесс зарядки прекращается, ток перенаправляется к нагрузке. Ночью солнечная панель не работает и питание системы осуществляется только от заряженного за день аккумулятора. Как только напряжение на его клеммах достигает предельно низкого значения (около 11 вольт), контроллер отключает работу схемы. Помимо указанных функций, контроллер также защищает элементы схемы от короткого замыкания и от грозы.

Рисунок 3 — Схема фотоэлектрической системы.

Аккумуляторная батарея служит в этой схеме накопителем электроэнергии, которая вырабатывается солнечной батареей в течение дня, чтобы в темное время суток питать подключенные устройства. К аккумулятору подключается одна из пар выводов контроллера. Для этой системы можно использовать и автомобильный аккумулятор, но только вне помещений, так как он выделяет вредные вещества. Гораздо лучше применять специальные необслуживаемые аккумуляторы. Хотя они и стоят дороже автомобильных, их срок службы в разы выше, они безопасны и специально предназначены для многократных частых циклов заряда-разряда.

Схема подключения работает таким образом, что на выходе контроллера поддерживается постоянное напряжение 12 вольт. Для работы светодиодного освещения и приборов с соответствующим напряжением питания этого вполне достаточно. Но если схема будет содержать еще и инвертор, то на выходе можно получить переменное напряжение 220 вольт. Это и есть основная функция инвертора — преобразование из 12 вольт постоянного напряжения в 220 вольт переменного. Для бытового применения вполне подходят автомобильные инверторы, но в тех случаях, где требуется большая мощность и более правильная синусоида переменного напряжения, применяются более дорогие инверторы.

Рисунок 4 — Схема защиты от обратного протекания тока.

Следует учитывать еще один нюанс, который иногда вызывает путаницу. Если измерить напряжение на выходе солнечной батареи, не подключая ее в схему, то вольтметр покажет около 18 вольт. Но почему такая батарея считается 12-вольтовой? Дело в том, что при подключении фотогальванической панели к нагрузке происходит просадка напряжения, и оно приблизится к 12 вольтам. А то, что показывает вольтметр на клеммах солнечной батареи без нагрузки, — это напряжение холостого хода. Если требуется большая мощность, то в схему нужно подключить параллельно несколько солнечных панелей и, соответственно, аккумуляторов.

Солнечные панели монтируются на открытых участках под углом 45 градусов к горизонту с направлением на юг. Именно в таком положении будет выработано наибольшее количество электроэнергии. Однако это количество можно еще увеличить, если поместить панель на поворотное устройство, которое в течение дня от восхода до заката автоматически медленно поворачивается, направляя панель строго на солнце.

Солнечные батареи промышленного назначения

Дата публикации: 22 июля 2014

Как всем известно, солнечные батареи представляют собой фотоэлектрические элементы, которые под воздействием солнечных лучей генерируют электрическую энергию. И не важно, где используются эти панели, на приусадебном участке или крупном предприятии, принцип их работы не изменится, различие между ними состоит лишь в размере и количестве вырабатываемого электричества, то есть для работы предприятий необходимы более мощные солнечные батареи.

Стоит отметить, что многие мировые производители специализируются именно на промышленных энергетических системах, наиболее известные из них Naps Systems Oy и Kyocera Solar. Объясняется это нехваткой основных источников энергии (газ, нефть, уголь), особенно заметно это в Испании, Германии, США, Объединенных Арабских Эмиратах – в странах, где солнечная энергетика уже давно развивается стремительными темпами. В России же на сегодняшний день солнечные батареи скорее редкость, чем правило, но продвижения все же есть, и очень даже заметные.

Области распространения солнечных батарей

В России наибольшее распространение солнечные батареи получили в малом бизнесе, например, в фермерских хозяйствах. Причина этого заключается в удаленности от центральной энергосети, ведь зачастую предпринимателям гораздо выгоднее установить фотоэлектрические батареи, чем прокладывать линии электропередач. Если же рассматривать крупные промышленные энергетические системы в России, то наиболее ярким примером выступают метеостанции, которые в рамках реализации проекта «Модернизация и техническое перевооружение сети метеостанций РФ» оснащаются солнечными панелями производства Naps Systems Oy. Помимо прочего солнечные батареи можно встретить:

  • на очистных сооружениях;
  • на автозаправочных станциях в различных мировых странах, в том числе и в России на одной из АЗС ЛУКОЙЛ в Красной Поляне;
  • на промышленных складах и телекоммуникационных системах;
  • в газовой и нефтяной промышленности на системах катодной защиты;
  • на железных дорогах и т.д.

Как Вы видите, солнечные батареи могут эффективно использоваться в различных областях, но, несмотря на это, говорить о повсеместном использовании альтернативных источников энергии на крупных предприятиях пока еще рано.

Как дела обстоят в других странах…?

Швеция, Финляндия, Италия, Греция, Германия, Австрия – вот лишь некоторые из стран, которые активно пользуются энергией солнца и экономят при этом немалые деньги. К примеру, в Хельсинки на заводе АВВ солнечная энергосистема мощностью 181 кВт используется для зарядки батареи грузоподъемников, а в Италии солнечные панели разместились на крышах промышленных складов. Но лидирующие позиции занимает все-таки Германия. Немцы с их врожденной бережливостью экономят каждый Ватт. Примером может служить так называемое пассивное офисное здание nZEB, все его инженерные системы работают за счет энергии, генерируемой установленными на крыше солнечными батареями.

Как Вы уже поняли в Европе и США солнечные батареи уже давно в массовом использовании, а вот страны Средней Азии или наши соседи – дело другое. У кого-то альтернативная энергетика находится в самом зародыше, а у кого-то есть неплохие продвижения в этой области.

Так, в Узбекистане проводится широкая программа по переходу крупных хозяйственных объединений и промышленных предприятий на солнечные батареи и коллекторы с целью снижения расхода первичных топливно-энергетических ресурсов. По официальным данным за 2013 год в республике было введено в эксплуатацию 29 солнечных коллекторов и 9 фотоэлектрических станций, в нынешнем же году ведутся работы по запуску еще 88 солнечных коллекторов и 60 фотоэлектрических станций. Но это лишь «капля в море», ведь для масштабного перехода на альтернативные источники энергии требуются более высокие мощности. Хотя начало положено, а это главное!

Есть чем похвастаться и Украине. Не зря говорят: «Худа без добра не бывает», «сработала» эта поговорка и в отношении наших соседей. Регулярные перебои с другими видами топлива подвигли украинское правительство к широкому внедрению фотоэлектрических панелей в массы. Помимо крупных заводов, производящих солнечные батареи, велика доля и их использования. Например, в Одессе многие санатории, предприятия общественного питания, здравницы уже давно перешли на энергию Солнца. Чем не повод для гордости?!

Мировая практика показывает, что солнечные батареи нужно рассматривать не как коротко срочный проект, о котором скоро все забудут, а наоборот, как передовые технологии, за которыми будущее. Полезные ископаемые истощаются с каждым днем, не за горами то время, когда они иссякнут полностью, и тогда останется надежда лишь на солнце. Так зачем ждать этого времени, стоит задуматься о проблемах топливного кризиса уже сейчас.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Рижская солнечная электростанция вырабатывает электричество для нужд завода:

И так У большинства возникает проблема связанная с подключением солнечных батарей разной мощности, но одинаковым напряжением. Из за этой проблемы я и начинал первые образцы ускорителя. Если солнечную батарею соединить просто параллельно с равной или отличимой мощностью то мы должны по идее получить такое же напряжение и суммарный ток, однако мы получаем немного заниженное напряжение и заниженный ток.

С чем же это связано -Все просто из за разного напряжения и тока, и из за того что СБ превращаются в батарейку при подачи на нее лучей света. При прямом соединении меньшая по мощности из солнечных батарей начинает забирать на себя часть мощности. При ярком теплом солнечном дне, можно наблюдать эту проблему при параллельном подключении солнечных батарей разной мощности, где самая слабая будет заметно греться.

Потеря мощности может быть не заметна в зимний или прохладный день, а так же в дни когда есть ветер, и емкость ваших батарей велика.

Но если просто добавить к каждой солнечной батареи диод Шоттки то мощность станет заметна даже и не вооруженным глазом. При условии что у вас не одна солнечная батарея. Тем самым вы получаете именно совмещение двух раздельных источников а не совмещение и нагрузку.

Фото:

Диоды в СБ обычно не ставят, и изредка можно увидеть панель с установленными диодами Шоттки по выходу с СБ, а не между сегментами, или линейками. Несмотря на то что так правильней, и СБ меньше нагружается.

Поделиться ссылкой:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *