太陽光線を効果的にエネルギーに変換して、住宅やその他の施設に電力を供給できるようにすることは、グリーンエネルギーに関する多くの謝罪者の大事な夢です。
しかし、太陽電池の動作原理とその効率は、そのようなシステムの高効率について話す必要がないほどのものです。あなた自身の追加の電源を持っているといいでしょう。そうではありませんか?さらに、今日のロシアでも、ソーラーパネルの助けを借りて、かなりの数の家庭が「無料」の電力を供給されています。まだどこから始めればいいのかわかりませんか?
以下では、デバイスとソーラーパネルの動作原理について説明します。ソーラーシステムの効率が何に依存するかがわかります。そして、記事に投稿されたビデオは、フォトセルからソーラーパネルを個人的に組み立てるのに役立ちます。
ソーラーパネル:用語
「太陽エネルギー」のテーマでは、多くのニュアンスと混乱があります。初心者にとって、最初はなじみのない用語をすべて理解することはしばしば困難です。しかし、これがなければ、太陽エネルギーに従事し、「太陽」電流を生成するための機器を取得することは不合理です。
知らないうちに、間違ったパネルを選択するだけでなく、接続したときにパネルを燃やすか、パネルからエネルギーを抽出することができません。
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ソーラーパネルからの設置により、太陽光の自由で無尽蔵なエネルギーを合理的に利用できます
ソーラーパネルから組み立てられたミニチュア発電所は、電力の供給が中断されている地域にある非電化物体および住宅にエネルギーを提供します
紫外線を電気に変換する設備は、最小限のスペースを占有します。彼らは家、別館、ガレージ、アーバー、ベランダの屋根の上にあります。あまり一般的ではありませんが、建物や植栽に占有されていないオープンエリアにあります。
ソーラーパネルは旅行愛好家に欠かせない設備です。それは電源からエネルギーを提供します
太陽エネルギーの使用は、夏の別荘とカントリーハウスの維持費を大幅に削減する機会を提供します。費用効率の高いシステムを自分の手で簡単に組み立てて設置できます
ヨットの船尾、船の甲板、船の船首に設置されたソーラーパネルが電力を供給し、岸との安定した通信を維持することができます
バッテリーを備えたポータブルソーラーパネルは、居住地から遠く離れた極端な状況の発生を排除し、モバイルデバイスの充電を保証して、愛する人と通信します
ハイキング用に特別に設計された軽量でコンパクトな太陽電池式充電器は、電話、トランシーバー、タブレット、メディアテクノロジーにエネルギーを供給します
天然資源の合理的な利用
非電化施設へのエネルギー供給
屋根へのソーラーパネルの設置
キャンプ用モバイル太陽電池
郊外への独立設置
ボートトリップの発電機
バッテリー付きポータブルソーラーパネル
最小の省スペースデバイス
最初に、太陽エネルギー用の既存のタイプの機器を理解する必要があります。ソーラーパネルとソーラーコレクターは、根本的に異なる2つのデバイスです。どちらも太陽の光線のエネルギーを変換します。
しかしながら、前者の場合、消費者は出口で電気エネルギーを受け取り、後者の場合、熱エネルギーは加熱された冷却剤の形で、すなわちソーラーパネルは家の暖房に使用されます。
ソーラーパネルからの最大のリターンは、それがどのように機能するか、どのコンポーネントおよびコンポーネントで構成されているか、およびすべてが正しく接続されているかを知ることによってのみ得られます。
第二のニュアンスは「太陽電池」そのもののコンセプトです。通常、「バッテリー」という言葉は、ある種のエネルギー貯蔵デバイスを指します。または、平凡な暖房用ラジエーターが思い浮かびます。しかし、太陽電池の場合は状況が根本的に異なります。彼ら自身は何も蓄積しません。
ソーラーパネルは定電流を発生させます。変数に変換するには(日常生活で使用)、インバーターが回路内に存在する必要があります
ソーラーパネルは、電流を生成するためだけに設計されています。次に、夜間に家に電力を供給するために蓄積され、太陽が地平線上に沈むと、オブジェクトのエネルギー供給スキームに加えて、すでに存在するバッテリーの中にあります。
ここでのバッテリーは、同じタイプのコンポーネントを1つの全体に組み立てた特定の組み合わせのコンテキストで暗示されています。実際、それはいくつかの同一のフォトセルの単なるパネルです。
太陽電池の内部構造
徐々に、ソーラーパネルはより安く、より効率的になってきています。現在では、街灯、スマートフォン、電気自動車、民家、衛星などの宇宙でバッテリーを充電するために使用されています。彼らはさらに、大量の発電を行う本格的な太陽光発電所(SES)の建設を開始しました。
太陽電池は、太陽からの光子のエネルギーを電気に変換する多くの光電池(光電池の光起電変換器)で構成されています
各太陽電池は、直列に接続された半導体フォトセルを組み合わせるn番目のモジュールのブロックとして配置されます。このようなバッテリーの動作原理を理解するには、半導体に基づいて作成されたソーラーパネルデバイスのこの最終リンクの動作を理解する必要があります。
フォトセルの結晶の種類
異なる化学元素の太陽電池には多くのオプションがあります。ただし、それらのほとんどは初期段階の開発です。これまでのところ、シリコンベースの太陽電池パネルのみが現在、工業規模で生産されています。
シリコン半導体は、低コストであるため、太陽電池の製造に使用されます。特に高い効率を誇ることはできません。
ソーラーパネルの一般的な太陽電池は、2つのシリコン層の薄板で、それぞれが独自の物理的性質を持っています。これは、電子と正孔のペアを持つ古典的な半導体pn接合です。
結晶の不均一性のために光子が半導体のこれらの層の間のPECに入ると、ゲート光起電力が形成され、電位差と電子電流が発生します。
太陽電池のシリコンウェーハは、以下の製造技術が異なります。
- 単結晶。
- 多結晶。
前者は効率が高いですが、生産コストは後者よりも高くなります。外部的には、ソーラーパネルのオプションは、形状によって区別できます。
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郊外のヘリオ発電所
単結晶太陽電池
単結晶上の太陽電池の外観
単結晶ソーラーユニット
すぐに設置できるソーラーパネルの供給
多結晶太陽電池
多結晶太陽電池バッテリー
DIY太陽電池製造
単結晶PECは均質な構造をしており、角が切り取られた正方形の形で作られています。対照的に、多結晶要素は厳密に正方形の形状をしています。
多結晶は、溶融シリコンを徐々に冷却することによって得られます。この方法は非常に簡単なので、そのようなフォトセルは安価です。
しかし、太陽光から発電するという点で生産性が15%を超えることはめったにありません。これは、得られたシリコンウェーハとその内部構造の「不純物」によるものです。ここでは、シリコンのp層が純粋であればあるほど、PECの効率が高くなります。
この点での単結晶の純度は、多結晶類似体の純度よりもはるかに高い。それらは溶融からではなく、人工的に成長させたシリコン結晶全体から作られています。そのような太陽電池の光起電変換係数はすでに20-22%に達しています。
共通のモジュールでは、個々のフォトセルはアルミニウムフレームに組み立てられ、上から保護するために、太陽光線をまったく妨げない耐久性のあるガラスで閉じられています。
太陽に面したフォトセルプレートの上層は同じシリコンでできていますが、リンが追加されています。 pn接合システムで過剰電子の発生源となるのは後者です。
アモルファス光電シリコンを備えたフレキシブルパネルの開発は、太陽エネルギーを使用する分野で真の進歩となりました。
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柔軟なソーラーオプション
ブラインドの柔軟なフォトセルステッカー
柔軟な携帯電話充電器
機械的ストレスに強い
ソーラーパネルの動作原理
太陽光がフォトセルに当たると、非平衡な電子と正孔のペアが生成されます。過剰な電子と「正孔」は、pn接合を介して1つの半導体層から別の半導体層に部分的に輸送されます。
その結果、外部回路に電圧が現れます。この場合、電流源の正極は、p層の接点に形成され、負極は、n層に形成される。
フォトセルの接点間の電位差(電圧)は、太陽光線によるn層の照射の結果として、p-n接合の異なる側からの「ホール」と電子の数の変化が原因で発生します。
バッテリーの形で外部負荷に接続されたフォトセルは、それと悪循環を形成します。その結果、ソーラーパネルは、電子がタンパク質に沿って「走る」一種のホイールのように機能します。そして、充電式バッテリーは徐々に充電されています。
標準のシリコン太陽電池は単一接合セルです。電子への電子の移動は、この遷移のゾーンが光子エネルギーに制限された1つのp-n接合を介してのみ発生します。
すなわち、そのような各フォトセルは、狭いスペクトルの太陽放射からのみ発電することができる。他のすべてのエネルギーは無駄になります。したがって、太陽電池の効率は非常に低いです。
太陽電池の効率を上げるために、最近、太陽電池用のシリコン半導体素子が多接合(カスケード)化されています。新しいFEPにはすでにいくつかの移行があります。さらに、このカスケードのそれぞれは、独自の太陽光のスペクトル用に設計されています。
そのようなフォトセルにおいて光子を電流に変換する総合効率は、最終的に増加します。しかし、彼らの価格ははるかに高いです。ここでは、製造が容易で低コストかつ低効率であるか、高収益と高コストを組み合わせています。
太陽電池は夏と冬の両方で機能します(熱を必要とせず、光が必要です)-曇りが少なく、太陽が明るく輝くほど、ソーラーパネルはより多くの電流を生成します
動作中、フォトセルとバッテリー全体が徐々に加熱されます。電流の生成に行かなかったすべてのエネルギーは熱に変換されます。多くの場合、ヘリオパネルの表面の温度は50〜55°Cに上昇します。しかし、それが高ければ高いほど、太陽電池の効率は低下します。
その結果、同じモデルの太陽電池は、寒い天候よりも熱で発生する電流が少なくなります。フォトセルは、晴れた冬の日に最大の効率を示します。 2つの要因がこれに影響を与えます-たくさんの太陽と自然冷却。
また、パネルに雪が降っても、とにかく発電を続けます。さらに、雪片は熱せられたフォトセルの熱から溶けて、その上に横になる時間さえありません。
太陽電池の効率
晴天の正午でさえ、1つのフォトセルは、LED懐中電灯が機能するのに十分なだけ、かなりの電力を放出します。
出力電力を増やすには、いくつかの太陽電池を並列回路で組み合わせてDC電圧を上げ、直列に組み合わせて電流強度を上げます。
ソーラーパネルの効果は次の要素に依存します。
- 気温とバッテリー自体;
- 負荷抵抗の正しい選択;
- 日光の入射角;
- 反射防止コーティングの有無;
- 光の流れの力。
外気温が低いほど、フォトセルと太陽電池は全体としてより効率的になります。ここではすべてが簡単です。しかし、負荷の計算では、状況はさらに複雑になります。パネルによって生成された電流に基づいて選択する必要があります。しかし、その値は気象要因によって異なります。
ヘリオパネルは12 Vの倍数の出力電圧で製造されています-バッテリーに24 Vが必要な場合、2つのパネルを並列に接続する必要があります。
太陽電池のパラメータを常に監視し、手動でその動作を調整することは問題があります。これを行うには、ソーラーパネル自体の設定を自動的に調整するコントロールコントローラーを使用することをお勧めします。これにより、ソーラーパネルと最適な動作モードから最大のパフォーマンスを得ることができます。
太陽電池への太陽光線の理想的な入射角は直線です。ただし、偏差が垂線から30度以内の場合、パネルの効率は約5%しか低下しません。しかし、この角度をさらに大きくすると、反射する太陽放射の割合が増えるため、太陽電池の効率が低下します。
バッテリーが夏に最大のエネルギーを提供する必要がある場合は、春と秋の春分の日に占める太陽の平均位置に対して垂直に向ける必要があります。
モスクワ地方では、地平線に対して約40〜45度です。冬に最大値が必要な場合は、パネルをより垂直に配置する必要があります。
そしてもう一つ-ほこりや汚れは太陽電池の性能を大幅に低下させます。このような「汚れた」障壁を通過する光子は、単純にそれらに到達しません。つまり、電気に変換するものは何もありません。パネルは定期的に洗浄するか、ほこりが自然に雨で洗い流されるように配置する必要があります。
一部の太陽電池には、太陽電池に放射を集中させるためのレンズが組み込まれています。晴天時には、これにより効率が向上します。ただし、雲量が多い場合、これらのレンズは害を及ぼすだけです。
このような状況で従来のパネルが電流を生成し続けると、ボリュームは小さくなりますが、レンズモデルはほぼ完全に機能しなくなります。
理想的には、太陽電池からの太陽は均一に照らされるべきです。そのセクションの1つが暗くなることが判明した場合、消灯しているPECは寄生負荷に変わります。彼らはこの状況でエネルギーを発生させないだけでなく、作動要素からもそれを奪います。
パネルは、太陽光線の経路に木、建物、その他の障害物がないように設置する必要があります。
太陽から家の電源スキーム
太陽光発電システムは次のとおりです。
- ソーラーパネル。
- コントローラ。
- バッテリー
- インバーター(変圧器)。
この回路のコントローラーは、ソーラーパネルとバッテリーの両方を保護します。一方では、夜間や曇りの天候で逆電流が流れるのを防ぎ、他方では、バッテリーを過度の充電/放電から保護します。
ソーラーパネル用のバッテリーは、年齢と容量が同じものを選択する必要があります。そうしないと、充電/放電が不均一に発生し、寿命が急激に短くなります。
12、24、または48ボルトのDC電流を交互の220ボルトに変換するには、インバーターが必要です。頻繁な過充電に耐えることができないため、このようなスキームでカーバッテリーを使用することはお勧めしません。お金をかけて特別なヘリウムAGMまたはゼリー状OPzSバッテリーを購入するのが最善です。
動作原理とソーラーパネルの接続図は、理解するには複雑すぎません。また、以下で収集したビデオ資料を使用すると、ソーラーパネルの機能と設置のすべての複雑さを理解しやすくなります。
太陽光発電太陽電池がどのように機能するか、詳細にアクセス可能で理解可能です:
ソーラーパネルの配置方法については、次のビデオを参照してください。
フォトセルからのソーラーパネルのDIYアセンブリ:
コテージの太陽光発電システムの各要素を正しく選択する必要があります。バッテリー、変圧器、コントローラーで不可避の電力損失が発生します。そしてそれらは最小に減らされなければなりません、さもなければソーラーパネルの十分に低い効率は一般にゼロに減らされます。
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