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Come sono disposti e funzionanti i pannelli solari?
Oggi quasi tutti possono raccogliere e ottenere a loro disposizione fonte di energia solare indipendente (nella letteratura scientifica sono chiamati pannelli fotovoltaici).
Le costose apparecchiature vengono compensate nel tempo dalla capacità di ricevere elettricità gratuitamente. È importante che i pannelli solari siano una fonte di energia rispettosa dell'ambiente. Negli ultimi anni, i prezzi dei pannelli fotovoltaici sono diminuiti di dieci volte e continuano a diminuire, il che indica grandi prospettive per il loro utilizzo.
In una forma classica, tale fonte di energia elettrica sarà composta dalle seguenti parti: direttamente, una batteria solare (generatore di corrente continua), una batteria con un dispositivo di controllo della carica e un inverter che converte la corrente continua in corrente alternata.
I pannelli solari sono costituiti da un set celle solari (convertitori fotovoltaici)che converte direttamente l'energia solare in energia elettrica.
La maggior parte delle celle solari sono realizzate in silicio, che ha un costo piuttosto elevato. Questo fatto determinerà l'alto costo dell'energia elettrica, che si ottiene utilizzando i pannelli solari.
Sono comuni due tipi di convertitori fotoelettrici: realizzati in silicio monocristallino e policristallino. Differiscono nella tecnologia di produzione. I primi hanno un'efficienza fino al 17,5% e i secondi il 15%.
Il parametro tecnico più importante di una batteria solare, che ha un impatto notevole sull'efficienza dell'intera installazione, è il suo potenza netta. È determinato dalla tensione e dalla corrente di uscita. Questi parametri dipendono dall'intensità della luce solare che entra nella batteria.
Emf (forza elettromotrice) delle singole celle solari non dipende dalla loro area e diminuisce quando la batteria viene riscaldata dal sole, di circa lo 0,4% per 1 g. C. La corrente di uscita dipende dall'intensità della radiazione solare e dalle dimensioni delle celle solari. Più luminosa è la luce del sole, maggiore è la corrente generata dalle celle solari. La corrente di carica e la potenza in caso di tempo nuvoloso sono nettamente ridotte. Ciò è dovuto a una diminuzione della corrente erogata dalla batteria.
Se la batteria illuminata dal sole viene chiusa ad un certo carico con resistenza Rн, nel circuito appare una corrente elettrica I, il cui valore è determinato dalla qualità del convertitore fotoelettrico, dall'intensità della luce e dalla resistenza del carico. La potenza Pн, che viene rilasciata nel carico, è determinata dal prodotto Pн = InнUн, dove Un è la tensione ai terminali della batteria.
La massima potenza è allocata nel carico con una resistenza ottimale Ropt, che corrisponde al più alto coefficiente di efficienza (efficienza) di conversione dell'energia luminosa in energia elettrica. Ogni convertitore ha il suo valore Ropt, che dipende dalla qualità, dalle dimensioni della superficie di lavoro e dal grado di illuminazione.
Batteria solare è costituito da singole celle solari collegate in serie e in parallelo per aumentare i parametri di uscita (corrente, tensione e potenza). Quando gli elementi sono collegati in serie, la tensione di uscita aumenta, mentre in parallelo aumenta la corrente di uscita. Al fine di aumentare sia la corrente che la tensione, questi due metodi di connessione sono combinati. Inoltre, con questo metodo di connessione, il fallimento di una delle celle solari non porta al fallimento dell'intera catena, ad es. migliora l'affidabilità dell'intera batteria.
In questo modo la batteria solare è costituita da celle solari collegate in serie parallele. Il valore della massima corrente possibile fornita dalla batteria è direttamente proporzionale al numero di collegati in parallelo e all'emf- celle solari collegate in serie. Quindi combinando i tipi di connessione assemblare la batteria con i parametri richiesti.
Le celle solari della batteria sono deviate dai diodi. Di solito ce ne sono 4, uno per ogni ¼ della batteria. I diodi proteggono parti della batteria da guasti, che per qualche ragione sono oscurati, cioè se a un certo momento la luce non cade su di loro. Allo stesso tempo, la batteria genera temporaneamente il 25% di potenza in uscita in meno rispetto alla luce solare normale sull'intera superficie della batteria.
In assenza di diodi, queste celle solari si surriscaldano e si guastano, poiché si trasformano in attuali consumatori per la durata dell'oscuramento (le batterie vengono scaricate attraverso le celle solari) e, quando si utilizzano i diodi, vengono bypassate e la corrente non scorre attraverso di esse. I diodi devono avere una bassa resistenza per ridurre la caduta di tensione su di essi. Per questi scopi, i diodi Schottky sono stati recentemente utilizzati.
L'energia elettrica ricevuta viene immagazzinata in batterie e quindi trasferita al carico. Batterie - fonti di corrente chimica. La carica della batteria si verifica quando viene applicato un potenziale ad essa, che è maggiore della tensione della batteria.
Il numero di celle solari collegate in serie e in parallelo dovrebbe essere tale che la tensione operativa fornita alle batterie, tenendo conto della caduta di tensione nel circuito di carica, superi leggermente la tensione della batteria e la corrente di carico della batteria fornisca il valore richiesto della corrente di carica.
Ad esempio, per caricare una batteria al piombo-acido da 12 V, è necessario disporre di una batteria solare da 36 celle.
Alla luce solare debole, la carica della batteria diminuisce e la batteria emette energia elettrica al ricevitore di potenza, ad es. le batterie ricaricabili funzionano costantemente in modalità di scarica e ricarica.
Questo processo è controllato. controller speciale. Con la ricarica ciclica, è richiesta una tensione costante o una corrente di carica costante.
In buone condizioni di luce, la batteria si carica rapidamente fino al 90% della sua capacità nominale, quindi a una velocità di carica inferiore a piena capacità. Il passaggio a una velocità di carica inferiore viene eseguito dal controller del caricabatterie.
L'uso più efficiente di batterie speciali è gel (l'acido solforico è usato come elettrolita nella batteria) e batterie al piombo, che sono realizzate con la tecnologia AGM. Queste batterie non richiedono condizioni di installazione speciali e non richiedono manutenzione. La durata del passaporto di tali batterie è di 10-12 anni con una profondità di scarica non superiore al 20%. Le batterie non devono mai essere scaricate al di sotto di questo valore, altrimenti la loro durata di servizio si ridurrà drasticamente!
La batteria è collegata alla batteria solare tramite un controller che ne controlla la carica. Quando la batteria è carica a piena potenza, un resistore è collegato alla batteria solare, che assorbe la potenza in eccesso.
Per convertire una tensione costante da una batteria a una tensione alternata, che può essere utilizzata per alimentare la maggior parte dei consumatori di energia insieme a una batteria solare, è possibile utilizzare dispositivi speciali: inverter.
Senza l'uso di un inverter, una tensione solare può essere alimentata da pannelli solari, incluso varie apparecchiature portatili, fonti di luce a risparmio energetico, ad esempio le stesse lampade a LED.
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