- Paneles solares: terminología
- La estructura interna de la batería solar.
- Eficiencia de la batería solar
- El esquema de energía de la casa del sol.
- Conclusiones y video útil sobre el tema.
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La conversión eficiente de los rayos libres del sol en energía, que se puede utilizar para suministrar viviendas y otros objetos, es el sueño acariciado por muchos apologistas por la energía verde.
Pero el principio de funcionamiento de la batería solar y su eficiencia son tales que todavía no es posible hablar sobre la alta eficiencia de tales sistemas. Sería bueno obtener su propia fuente adicional de electricidad. ¿No es así? Además, incluso hoy, en Rusia, con la ayuda de paneles solares, muchos hogares privados han recibido con éxito electricidad "gratuita". ¿Aún no sabes por dónde empezar?
A continuación, le informaremos sobre el dispositivo y los principios de funcionamiento del panel solar, y aprenderá qué determina la eficiencia del sistema solar. Los videoclips publicados en el artículo lo ayudarán a montar personalmente un panel solar de células fotovoltaicas.
Paneles solares: terminología
En el tema de la "energía solar" hay muchos matices y confusión. A menudo, los recién llegados a comprender todos los términos desconocidos al principio pueden ser difíciles. Pero sin esto, sería imprudente dedicarse a la energía solar, adquiriendo equipos para generar corriente solar.
Sin saberlo, no solo puede elegir un panel inadecuado, sino también simplemente quemarlo cuando está conectado o extraerle muy poca energía.
El impacto máximo del panel solar se puede obtener solo al saber cómo funciona, en qué componentes y en qué consiste y cómo se conecta correctamente.
Primero, debe comprender los tipos de equipos existentes para la energía solar. Los paneles solares y los colectores solares son dos dispositivos fundamentalmente diferentes. Ambos convierten la energía de los rayos del sol.
Sin embargo, en el primer caso, en la salida, el consumidor recibe energía eléctrica, y en el segundo, energía térmica en forma de refrigerante caliente. Los paneles solares se utilizan para la calefacción del hogar.
El segundo matiz es el concepto del término "batería solar" en sí. Generalmente, la palabra "batería" significa un dispositivo que acumula electricidad. O un radiador de calefacción banal viene a la mente. Sin embargo, en el caso de las helio-baterías, la situación es radicalmente diferente. No acumulan nada en sí mismos.
El panel solar genera una corriente constante. Para convertirlo en una variable (utilizada en la vida cotidiana), un inversor debe estar presente en el circuito.
Los paneles solares están diseñados exclusivamente para generar corriente eléctrica. A su vez, se acumula para suministrar electricidad a la casa durante la noche, cuando el sol se pone más allá del horizonte, ya en las baterías presentes en el sistema de suministro de energía adicional del objeto.
La batería aquí se refiere al contexto de un cierto conjunto de componentes similares que se ensamblan en algo completo. De hecho, esto es solo un panel de varias fotocélulas idénticas.
La estructura interna de la batería solar.
Poco a poco, las células solares son cada vez más baratas y más eficientes. Ahora se utilizan para recargar baterías en farolas, teléfonos inteligentes, automóviles eléctricos, casas privadas y satélites en el espacio. Incluso comenzaron a construir plantas de energía solar de alto grado (SES) con grandes volúmenes de generación.
Heliobattery consiste en un conjunto de células fotovoltaicas (convertidores fotoeléctricos FEP) que convierten la energía de los fotones del sol en electricidad.
Cada batería solar está dispuesta como un bloque del número n de módulos que combinan células fotovoltaicas semiconductoras conectadas secuencialmente. Para comprender los principios de funcionamiento de una batería de este tipo, es necesario comprender el trabajo de esta unidad final en el dispositivo heliopanel, creado sobre la base de semiconductores.
Tipos de cristales de fotocelda.
Opciones FEP de diferentes elementos químicos, hay una gran cantidad. Sin embargo, la mayoría de ellos son desarrollos en las etapas iniciales. En la actualidad, solo los paneles fotovoltaicos a base de silicio se producen comercialmente.
Los semiconductores de silicio se utilizan en la fabricación de células solares debido a su bajo costo, no pueden presumir de una eficiencia particularmente alta
Una fotocélula normal en un heliopanel es una placa delgada de dos capas de silicio, cada una de las cuales tiene sus propias propiedades físicas. Esta es una unión pn semiconductora clásica con pares de orificios de electrones.
Cuando los fotones golpean el FEP entre estas capas del semiconductor, debido a la heterogeneidad del cristal, se forma una válvula foto-EMF, lo que resulta en una diferencia de potencial y una corriente de electrones.
Las placas de silicona de las fotocélulas se diferencian en la tecnología de fabricación para:
- Monocristalino
- Policristalino
Los primeros tienen una mayor eficiencia, pero el costo de su producción es mayor que el segundo. Externamente, una opción de otra en el panel solar se puede distinguir por la forma.
El FEP monocristalino tiene una estructura homogénea, está hecho en forma de cuadrados con esquinas cortadas. En contraste, los elementos policristalinos tienen una forma estrictamente cuadrada.
Los policristales se obtienen como resultado del enfriamiento gradual del silicio fundido. Este método es extremadamente simple, por lo que estas células fotovoltaicas son baratas.
Pero su desempeño en términos de generar electricidad a partir de los rayos del sol rara vez supera el 15%. Esto se debe a la "impureza" de las obleas de silicio obtenidas y su estructura interna. Aquí, cuanto más pura sea la capa p de silicio, mayor será la eficacia de la FEP.
La pureza de los cristales individuales a este respecto es mucho mayor que la de los análogos policristalinos. No están hechos de fundido, sino de cristal de silicio entero cultivado artificialmente. El coeficiente de conversión fotoeléctrica de dicho FEP ya alcanza el 20-22%.
En un módulo común, las fotocélulas individuales se ensamblan en un marco de aluminio, y para protegerlas desde arriba, se cubren con vidrio duradero, que no interfiere con los rayos del sol.
La capa superior de la placa de la fotocélula que mira al sol está hecha del mismo silicio, pero con la adición de fósforo. Es este último el que será la fuente de exceso de electrones en el sistema de unión pn.
El principio del panel solar.
Cuando los rayos solares caen sobre la fotocélula, en ella se generan pares de agujeros de electrones que no están en equilibrio. El exceso de electrones y "agujeros" se transfieren parcialmente a través de la unión pn de una capa semiconductora a otra.
Como resultado, aparece voltaje en el circuito externo. En este caso, el polo positivo de la fuente de corriente se forma en el contacto de la capa p, y el negativo en la capa n.
La diferencia de potencial (voltaje) entre los contactos de la fotocélula se produce debido a cambios en el número de "agujeros" y electrones de diferentes lados de la unión pn como resultado de la irradiación de la capa n por la luz solar.
Las fotocélulas conectadas a una carga externa en forma de batería forman un círculo vicioso con ella. Como resultado, el panel solar funciona como una especie de rueda, a lo largo de la cual las proteínas corren electrones juntos. Y la batería al mismo tiempo va ganando carga gradualmente.
Los convertidores fotoeléctricos de silicona estándar son elementos de unión. Los electrones fluyen a través de ellos solo a través de una única unión pn con una zona limitada por fotones de esta transición.
Es decir, cada fotocélula puede generar electricidad solo a partir de un espectro estrecho de radiación solar. Toda otra energía se desperdicia. Es por eso que la eficiencia de la FEP es tan baja.
Con el fin de aumentar la eficiencia de las células solares, las células semiconductoras de silicio se han hecho recientemente de transición múltiple (en cascada) para ellas. En las nuevas transiciones de FEP ya son varias. Y cada uno de ellos en esta cascada está diseñado para su propio espectro de luz solar.
Como resultado, la eficiencia total de la conversión de fotones en corriente eléctrica para dichas células solares aumenta. Pero su precio es mucho mayor. Aquí, ya sea la facilidad de fabricación con bajo costo y baja eficiencia, o rendimientos más altos junto con alto costo.
La batería solar puede funcionar tanto en verano como en invierno (necesita luz, no calor): cuanto menos nubosidad y más brillante brilla el sol, más heliopanel generará corriente eléctrica.
Durante el funcionamiento, la fotocélula y toda la batería se calientan gradualmente. Toda la energía que no entró en la generación de corriente eléctrica, se transforma en calor. A menudo, la temperatura en la superficie del heliopanel se eleva a 50–55 ° C. Pero cuanto más alto es, menos eficientemente funciona la célula fotovoltaica.
Como resultado, el mismo modelo de la batería solar en el calor genera menos corriente que en las heladas. Máxima eficiencia fotovoltaica en un claro día de invierno. Hay dos factores: mucho sol y enfriamiento natural.
Además, si cae nieve en el panel, seguirá generando electricidad de todos modos. Además, los copos de nieve ni siquiera tendrán tiempo para recostarse, derritiéndose por el calor de las celdas fotoeléctricas calentadas.
Eficiencia de la batería solar
Una fotocélula, incluso al mediodía con tiempo despejado, produce muy poca electricidad, solo lo suficiente para el funcionamiento de la linterna LED.
Para aumentar la potencia de salida, varias células solares se combinan en paralelo para aumentar el voltaje constante y en serie para aumentar la corriente.
La efectividad de los paneles solares depende de:
- la temperatura del aire y la propia batería;
- correcta selección de la resistencia de carga;
- ángulo de incidencia de la luz solar;
- la presencia / ausencia de recubrimiento antirreflectante;
- salida de luz
Cuanto más baja es la temperatura en la calle, más eficientes son las células fotovoltaicas y la batería solar en su conjunto. Todo es simple aquí. Pero con el cálculo de la situación de carga es más complicado. Debe seleccionarse sobre la base de la corriente generada por el panel. Pero su valor cambia dependiendo de los factores climáticos.
Los heliopaneles se fabrican con la expectativa de un voltaje de salida que es un múltiplo de 12 V: si tiene que aplicar 24 V a la batería, deberá conectar dos paneles a ella en paralelo
Controlar constantemente los parámetros de la batería solar y corregir manualmente su trabajo es problemático. Para hacer esto, es mejor usar el controlador de control, que ajusta automáticamente la configuración del heliopanel para lograr el máximo rendimiento y los modos de operación óptimos.
El ángulo ideal de incidencia de los rayos del sol sobre la batería solar es recto. Sin embargo, con una desviación de 30 grados respecto de la perpendicular, la eficiencia del panel cae solo en la región del 5%. Pero con un aumento adicional en este ángulo, se reflejará una proporción creciente de radiación solar, lo que reducirá la eficiencia de la FEP.
Si se requiere que la batería le dé la máxima energía en el verano, entonces debe estar orientada perpendicular a la posición promedio del Sol, que ocupa en los equinoccios en la primavera y el otoño.
Para la región de Moscú está a unos 40–45 grados del horizonte. Si se necesita el máximo en invierno, el panel debe colocarse en una posición más vertical.
Y una cosa más: el polvo y la suciedad reducen en gran medida el rendimiento de las fotocélulas. Los fotones a través de una barrera tan "sucia" simplemente no los alcanzan, y por lo tanto no hay nada para convertir en electricidad. Los paneles deben lavarse o colocarse regularmente para que el polvo sea lavado por la lluvia por su cuenta.
Algunas células solares tienen lentes incorporadas para concentrar la radiación en las células solares. En tiempo despejado, esto conduce a una mayor eficiencia. Sin embargo, en las nubes pesadas, estas lentes solo traen daño.
Si el panel habitual en tal situación continúa generando corriente, aunque en volúmenes más pequeños, entonces el modelo de lente dejará de funcionar casi por completo.
La batería solar de las fotocélulas debería iluminarse idealmente de manera uniforme. Si una de sus secciones se oscurece, la FEP apagada se convierte en una carga parásita. No solo no generan energía en tal situación, sino que también la alejan de los elementos de trabajo.
Los paneles deben instalarse de manera que no haya árboles, edificios y otras barreras en el camino de los rayos del sol.
El esquema de energía de la casa del sol.
El sistema de energía solar incluye:
- Heliopanels.
- Controlador
- Las baterias
- Inversor (transformador).
El controlador en este esquema protege tanto las baterías solares como las baterías. Por un lado, evita el flujo de corrientes inversas en la noche y en tiempo nublado, y por otro lado, protege las baterías de una carga / descarga excesiva.
Las baterías para heliopaneles deben seleccionarse para que tengan la misma edad y capacidad, de lo contrario, la carga / descarga se producirá de manera desigual, lo que dará lugar a una disminución brusca de su vida útil.
Para la transformación de la corriente continua a 12, 24 o 48 voltios en un inversor variable de 220 voltios es necesario. Las baterías de automóvil no deben usarse en un esquema de este tipo debido a su incapacidad para soportar recargas frecuentes. Es mejor invertir y comprar AGM de helio especial o baterías OPzS de recarga.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Los principios de funcionamiento y los diagramas de conexión de los paneles solares no son demasiado difíciles de entender. Y con los materiales de video que recopilamos a continuación, será aún más fácil comprender todas las complejidades de la operación e instalación de los heliopaneles.
Accesible y comprensible cómo funciona un panel solar fotovoltaico, con todo detalle:
¿Cómo se organizan los paneles solares en el siguiente video?
Ensamble de paneles solares de bricolaje:
Cada elemento en el sistema de energía solar de la casa de campo debe ser seleccionado correctamente. Se producen pérdidas de energía inevitables en las baterías, los transformadores y el controlador. Y definitivamente deberían reducirse a un mínimo, de lo contrario la eficiencia bastante baja de los heliopaneles se reducirá a cero por completo.
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