Как да свържете слънчевите панели

Във връзка с увеличаването на разходите за енергия хората се интересуват все повече от слънчевата енергия. Екологично чистата и свободна енергия на слънцето е практически неизчерпаема и се предлага в изобилие. Задачата на човечеството е ефективно да трансформира слънчевата енергия в друг вид, например в термична или електрическа. Последното стана възможно благодарение на изобретението на соларна акумулаторна батерия, чийто принцип се основава на свойствата на полупроводниците, които произвеждат електрически ток под въздействието на светлината.

Слънчевите клетки са ефективно средство за превръщане на екологично чистата и свободна енергия от слънчева енергия, която е почти неизчерпаема, в електрическа енергия.

За правилното функциониране на цялата система диаграмата на свързване на соларния кръг трябва да бъде правилно съставена.

Устройството и принципът на работа

Фигура 1 - Общ изглед на слънчевата батерия.

Основните компоненти на слънчевата батерия са фотоволтаичните клетки, направени от силиконови вафли. Панелът се състои от алуминиева рамка, в която се вкарва втвърдено, удароустойчиво, прозрачно стъкло. На стъклото под формата на матрица са положени клетки, които са свързани в серия чрез запояване. Един общ изглед на соларната клетка е показано на фигура 1, типично съединение диаграма на неговите клетки - на фигура 2. Броят на клетките може да бъде различен в зависимост от необходимия капацитет. В резултат събраната батерия има два изхода - "+" и ";". Освен това, този набор от клетки се подлага на капсулиране, т.е. внимателно запечатани със специален филм или напълнени с двукомпонентен съединение - вещество, подобно на епоксидна смола.

Под въздействието на светлината върху силиконовите елементи възниква потенциална разлика, която в крайна сметка се обобщава, тъй като клетките са свързани последователно. Напрежението на слънчевата батерия ще варира в зависимост от интензивността на осветлението. За ефективно използване на полученото електричество, соларната батерия трябва да бъде правилно свързана с веригата на взаимодействие с други устройства.

Диаграма на свързване

Фигура 2 - Типична схема за свързване на клетките на слънчевите клетки.

Типични фотоволтаична система е показана на фигура 3. Неговите основни елементи - е един или повече слънчеви клетки, свързани в паралел, контролерът батерията заряд-разряд, акумулаторна батерия, инвертор и електрически консуматори на енергия. Най-често срещаните са 12-волтови системи с преобразуване до 220 волта AC напрежение (ако е необходимо). За да разберем по-добре как функционира такава схема, всички негови елементи трябва да бъдат разгледани по-подробно.

Първият елемент в соларния кръг е диодът на Schottky. Обикновено тази част не е показана на диаграмите, тъй като обикновено се монтира първоначално в слънчевия панел. Шотки диоди защитават елементите от неуспех в онези моменти, когато част от батерията или целият панел сенкира с приближаването на нощта и престава да генерира електрически ток. В този случай елементите стават консуматори на тока от батериите, а диодът Schottky предотвратява обратния поток на тока. Това е илюстрирано на фигура 4.

Следващият елемент е зарядното устройство за батерии. Това е електронно устройство, което автоматично контролира процеса на зареждане и изтощаване на батерията, както и я предпазва от прекомерно зареждане и разреждане, тъй като тези фактори могат да донесат батерията откаже. Това работи по следния начин. През деня, когато батерията е заредена със слънчева контролер батерия следи напрежението на батерията, и веднага след като тя достигне горната граница стойност (14 волта за система за 12 волта), процесът на зареждане е прекратен, токът се пренасочва към товара. През нощта слънчевият панел не работи и системата се захранва само от заредена батерия за един ден. Веднага след като напрежението на нейните клеми достигне изключително ниска стойност (около 11 волта), контролерът изключва веригата. В допълнение към тези функции, контролерът също така защитава елементите на веригата от къси съединения и от мълния.

Фигура 3 - Схема на фотоволтаичната система.

Акумулаторната батерия служи като устройство за съхранение на енергия в тази схема, която се произвежда от слънчева батерия през деня, за да захранва свързаните устройства на тъмно. Една от двойките изходи на контролера е свързана към батерията. За тази система можете да използвате автомобилна батерия, но само на открито, тъй като тя излъчва вредни вещества. Много по-добре е да използвате специални батерии без поддръжка. Макар че те са по-скъпи от автомобилните, техният експлоатационен живот е многократно по-висок, те са безопасни и са специално проектирани за множество чести цикли на зареждане и разреждане.

Схемата за свързване работи по такъв начин, че постоянното напрежение от 12 волта се поддържа на изхода на контролера. За работата на светодиодно осветление и устройства с подходящо захранващо напрежение това е достатъчно. Но ако веригата ще съдържа и инвертор, можете да получите променливо напрежение от 220 волта на изхода. Това е основната функция на инвертора - преобразуването на 12 волта DC на 220 волта AC. За битови приложения автомобилните инвертори са доста подходящи, но в случаите, когато се изисква по-голяма мощност и по-правилен синусоид, се използват по-скъпи инвертори.

Фигура 4 - Защита срещу поток на обратния ток.

Трябва да се вземе предвид и друг нюанс, който понякога предизвиква объркване. Ако измервате напрежението на изхода на слънчевата батерия, без да я свързвате към веригата, тогава волтметърът ще покаже около 18 волта. Но защо такава батерия се счита за 12 волта? Факт е, че когато фотоволтаичният панел е свързан към товара, напрежението пада и то ще достигне 12 волта. И това, което волтметърът показва на терминалите на слънчева клетка без натоварване, е напрежението на празен ход. Ако се изисква повече мощност, няколко соларни панела и съответно акумулаторите трябва да бъдат свързани паралелно в схемата.

Слънчевите панели са монтирани на открито с ъгъл от 45 градуса към хоризонта с посока на юг. В тази ситуация ще се произвежда най-голямо количество електроенергия. Това число обаче може да се увеличи допълнително, ако поставите панела на въртящия момент, който автоматично се върти бавно през деня от изгрев до залез слънце, насочвайки панела строго към слънцето.

Какви са перспективите

Горната схема описва обикновена фотоволтаична система, която може да се реализира във вашия дом или в страната. При сериозните слънчеви централи схемата е по-трудна поради големия брой слънчеви панели и необходимостта от свързване на системата към електропровода. Слънчевата енергия все още не е скъпо удоволствие, но се правят огромни инвестиции в нейното развитие по целия свят. Това подчертава добрата перспектива на тази посока. Учените подобряват технологията, което намалява цената на слънчевите клетки и става все по-достъпна.