Das Funktionsprinzip und das Gerät von Sonnenkollektoren

Das Funktionsprinzip der Solarbatterie

Das Gerät ist so konzipiert, dass es die Sonnenstrahlen direkt in Strom umwandelt. Dieser Vorgang wird als photoelektrischer Effekt bezeichnet. Halbleiter (Siliziumwafer), die zur Herstellung von Elementen verwendet werden, haben positiv und negativ geladene Elektronen und bestehen aus zwei Schichten, der n-Schicht (-) und der p-Schicht (+). Überschüssige Elektronen werden unter dem Einfluss von Sonnenlicht aus den Schichten herausgeschlagen und besetzen leere Plätze in einer anderen Schicht. Dadurch bewegen sich freie Elektronen ständig von einer Platte zur anderen und erzeugen Strom, der in der Batterie gespeichert wird.

Wie eine Solarbatterie funktioniert, hängt maßgeblich von ihrem Design ab. Solarzellen wurden ursprünglich aus Silizium hergestellt.Sie sind immer noch sehr beliebt, aber da der Prozess der Siliziumreinigung ziemlich aufwändig und kostspielig ist, werden Modelle mit alternativen Fotozellen aus Cadmium-, Kupfer-, Gallium- und Indiumverbindungen entwickelt, die jedoch weniger ergiebig sind.

Die Effizienz von Solarmodulen hat mit der Entwicklung der Technologie zugenommen. Heute ist diese Zahl von einem Prozent zu Beginn des Jahrhunderts auf über zwanzig Prozent gestiegen. Dies ermöglicht uns heute, Paneele nicht nur für den Haushaltsbedarf, sondern auch für die Produktion zu verwenden.

Technische Eigenschaften

Das Solarbatteriegerät ist recht einfach und besteht aus mehreren Komponenten:

Direkt Solarzellen / Solarpanel;

Ein Wechselrichter, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt;

Batteriestandsregler.

Kaufen Sie Batterien für Solarmodule sollten sich an den erforderlichen Funktionen orientieren. Sie speichern und verteilen Strom. Die Speicherung und der Verbrauch erfolgen den ganzen Tag über, und nachts wird nur die angesammelte Ladung verbraucht. Somit gibt es eine konstante und kontinuierliche Energiezufuhr.

Übermäßiges Laden und Entladen des Akkus verkürzt seine Nutzungsdauer. Der Solarbatterie-Laderegler unterbricht automatisch die Akkumulation von Energie in der Batterie, wenn diese ihre maximalen Parameter erreicht hat, und schaltet die Last des Geräts ab, wenn es stark entladen ist.

(Tesla Powerwall – ein 7-kW-Solarpanel-Akku – und Heimladen für Elektrofahrzeuge)

Der Netzwechselrichter für Solarmodule ist das wichtigste Designelement. Es wandelt die von den Sonnenstrahlen empfangene Energie in Wechselstrom unterschiedlicher Kapazität um.Als Synchronumrichter kombiniert er die Ausgangsspannung des elektrischen Stroms in Frequenz und Phase mit einem stationären Netz.

Lichtschranken können sowohl in Reihe als auch parallel geschaltet werden. Die letztere Option erhöht die Leistungs-, Spannungs- und Stromparameter und ermöglicht es dem Gerät, auch dann zu arbeiten, wenn ein Element seine Funktionalität verliert. Kombinierte Modelle werden unter Verwendung beider Schemata hergestellt. Die Lebensdauer der Platten beträgt ca. 25 Jahre.

Auswahl von Sonnenkollektoren für ein Privathaus

Informieren Sie sich vor dem Kauf von Solarmodulen für ein Privathaus:

• Täglicher Stromverbrauch im Zimmer;
• Ein Ort zum Installieren von Paneelen (nach Süden gerichtet, wobei kein Schatten darauf liegen sollte und der entsprechende Neigungswinkel eingestellt werden sollte);
• Batterien werden bei dieser Temperatur bis zu 25 Grad Celsius in einen warmen Raum gestellt;
• Berücksichtigen Sie die Spitzenlasten von Elektrogeräten;
• Saisonale oder dauerhafte Nutzung des Systems.

Für Regionen mit hoher Lichtaktivität sind monokristalline Batterien am besten geeignet. Für eine Sommerresidenz oder ein privates Grundstück, wenn eine saisonale Nutzung geplant ist, sind mikromorphe polykristalline Modelle am besten geeignet. Sie sind relativ günstig, nehmen diffuses, seitliches Licht gut wahr und arbeiten bei bewölktem Wetter schräg.

Rechenbeispiel

Der Vorstadtbereich verbraucht 3-6 kWh elektrische Energie, aber diese Zahl kann höher sein, wenn viele Elektrogeräte oder zusätzliche Beleuchtung zu Hause verwendet werden. Ein dreistöckiges Häuschen verbraucht 20 bis 50 kWh und noch mehr. Anhand der bereitgestellten Informationen führen wir eine Berechnung durch.

Die Energieintensität des Hauses beträgt 7 kW (einschließlich Verluste). Befindet sich das Haus im Süden, wo genügend Sonnenlicht zur Energieversorgung vorhanden ist, werden etwa 20 Batterien benötigt. Die Arbeitsleistung eines Panels beträgt 400 Watt. Diese Menge reicht aus, um ein Vorortgebiet mit Energie zu versorgen, in dem eine Familie mit 4-6 Personen dauerhaft lebt.

Installation

Beim Kauf von Produkten eines bestimmten Unternehmens erhalten Sie detaillierte Schaltpläne und Anweisungen und können unterbrechungsfreie Stromversorgungen und Sonnenkollektoren mit Ihren eigenen Händen installieren. Aber wenn Sie sich nicht mit der Installation und Konfiguration von Systemen beschäftigen wollen oder dies noch nie gemacht haben, dann vertrauen Sie diese Arbeit Profis an.

Spezialisten gehen vor Ort und führen die Installation und Inbetriebnahme der Ausrüstung in kurzer Zeit durch. Im Durchschnitt dauert die Installation eines Solarkraftwerks je nach Komplexität der Anlage ein bis vier Tage, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung ist innerhalb von ein bis zwei Tagen installiert.

Die Installation von Solarmodulen erfolgt nach einem vorab genehmigten Schema und allen Komponenten des Systems; Batterien, Laderegler und Konverter sind für Sie bequem und zugänglich installiert. Das Kraftwerk ist wartungsfreundlich. Sonnenkollektoren haben eine glatte Oberfläche aus Spezialglas, das keine Ansammlung von Schnee und Staub zulässt. Batterien für Solaranlagen sind wartungsfrei und haben eine Lebensdauer von bis zu 10 Jahren.

Tipps

Experten geben einige Empfehlungen, wie Solarmodule richtig verlegt und angeschlossen werden.

Meistens werden Produkte, die alternative Energiequellen verwenden, auf dem Dach oder an den Wänden des Wohnungsbaus montiert, seltener verwenden sie spezielle zuverlässige Stützen.

Auf jeden Fall sollten Stromausfälle vollständig ausgeschlossen werden, das heißt, die Batterien sollten so ausgerichtet werden, dass sie nicht in den Schatten hoher Bäume und benachbarter Gebäude fallen.
Die Installation eines Plattensatzes erfolgt in Reihen, ihre Anordnung ist parallel, dabei ist es äußerst wichtig sicherzustellen, dass die höheren Reihen keinen Schatten auf die unteren werfen. Diese Anforderung ist sehr wichtig, da eine vollständige oder teilweise Verschattung eine Reduzierung und sogar eine vollständige Einstellung jeglicher Energieerzeugung bewirkt, außerdem kann der Effekt der Bildung von "Rückströmen" auftreten, was häufig zu einem Geräteausfall führt.

Die richtige Ausrichtung zum Sonnenlicht ist entscheidend für die Effizienz und Wirksamkeit der Paneele.

Es ist sehr wichtig, dass die Oberfläche alle möglichen UV-Strahlen erhält. Die korrekte Ausrichtung wird anhand von Daten zur geografischen Lage des Gebäudes berechnet

Wenn die Paneele beispielsweise an der Nordseite des Gebäudes montiert werden, sollten die Paneele nach Süden ausgerichtet sein.
Ebenso wichtig ist der Gesamtneigungswinkel der Struktur, er wird auch durch die geografische Ausrichtung der Struktur bestimmt.Experten haben berechnet, dass dieser Indikator dem Breitengrad des Standorts des Hauses entsprechen sollte, und da die Sonne je nach Jahreszeit mehrmals ihre Position über dem Horizont ändert, ist es sinnvoll, eine Anpassung des endgültigen Installationswinkels in Betracht zu ziehen Batterien. Normalerweise überschreitet die Korrektur 12 Grad nicht.

• Die Batterien müssen so verlegt werden, dass sie frei zugänglich sind, da sie in der kalten Winterzeit regelmäßig von angreifendem Schnee und in der warmen Jahreszeit von Regenflecken gereinigt werden müssen, die die Effizienz erheblich beeinträchtigen der Verwendung von Batterien.
• Bis heute werden viele chinesische und europäische Modelle von Solarmodulen angeboten, die sich in den Kosten unterscheiden, sodass jeder das Modell installieren kann, das für sein Budget optimal ist.

Abschließend ist festzuhalten, dass unser Planet den größten Nutzen aus der Nutzung von Sonnenkollektoren ziehen wird, da diese Energiequelle die Umwelt absolut nicht belastet. Wenn Ihnen als Verbraucher die Zukunft unserer Erde, das Potenzial ihrer Landressourcen und die Schonung natürlicher Ressourcen am Herzen liegen, dann sind Solarmodule die beste Wahl.

Wie man eine Solarbatterie auf dem Dach des Hauses installiert, sehen Sie im folgenden Video.

Fazit zum Thema

Ein professioneller Ansatz für die Installation eines Solarkraftwerks ermöglicht es Ihnen, alle Faktoren und Nuancen zu berücksichtigen und lästige Fehler zu vermeiden.

Allgemeine Regeln für die Installation von Sonnenkollektoren

Bei der Installation von Solarmodulen müssen 5 Faktoren berücksichtigt werden, deren Kombination letztendlich den Ort und die Art der Installation bestimmt:

1. Wärmeableitung
2. Schatten
3. Orientierung
4. Neigung
5. Verfügbarkeit für Service

Wie oben erwähnt, spielt die Wärmeableitung eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Leistung von Batterien. Lassen Sie unbedingt einen Lüftungsspalt zwischen dem Paneel und der Installationsebene, und je größer dieser ist, desto besser. Normalerweise bleiben bei der Montage eines Rahmens oder Rahmens zum Anbringen von Modulen zwischen der Platte und der Ebene 5-10 Zentimeter übrig. Maximale Belüftung wird gewährleistet, wenn es auf einem separaten Rahmen oder einer Stange montiert wird.

Jeder Schatten, der von Bäumen oder Gebäuden auf die Batterie fällt, "schaltet" die abgeschattete Zelle aus, was die Degradation teurer Einkristall-Module beschleunigt und die Stromerzeugung in polykristallinen vollständig stoppt. Hersteller bieten verschiedene Möglichkeiten, um das Risiko eines „Hot Spots“ durch Unterbrechung des Stromkreises zu minimieren, was beim Kauf berücksichtigt werden muss. Besser ist es aber, den Akku so einzubauen, dass der „harte“ Schatten in keinster Weise darauf fallen kann. „Weicher“ Schatten durch Nebel, Wolken oder Smog schadet dem Akku nicht, sondern mindert lediglich die Leistungsabgabe.

Sie müssen die Batterie nach Süden ausrichten - damit die Sonneneinstrahlung maximal ist. Alle anderen Installationsmethoden sind Kompromisse, und es ist besser, sie nicht in Betracht zu ziehen. Es wäre unvernünftig, Zehntausende Rubel für den Kauf von Modulen auszugeben, aber es wäre unvernünftig, die Batterie nicht auf die Sonne auszurichten. Sonneneinstrahlungskarten für verschiedene Regionen der Russischen Föderation werden im Internet veröffentlicht und sind öffentlich zugänglich. Der zentrale Streifen Russlands befindet sich hauptsächlich in der 2. Sonnenzone, wo von 1 m². Meter eines richtig installierten idealen Solarmoduls können bis zu 3 kWh / Tag produzieren.

Die Verfügbarkeit eines Akkus zur schnellen Reinigung der Oberfläche ermöglicht es Ihnen, diesen einfachen Vorgang ohne die Einbeziehung von Spezialisten durchzuführen.Im Winter muss die Oberfläche von Schnee befreit werden, im Sommer von Staub und Schmutz durch Wind und Regen. Wenn sich in der Nähe ein Objekt im Bau befindet, muss die Oberfläche der Module täglich gereinigt werden. Am einfachsten geht das mit einem Wasserstrahl aus einem Schlauch oder einer beliebigen Fensterputzbürste.

So erreichen Sie maximale Effizienz

Beim Kauf von Solarmodulen für Ihr Zuhause ist es sehr wichtig, ein Design zu wählen, das Ihr Zuhause mit ausreichend Strom versorgen kann. Es wird angenommen, dass die Effizienz von Solarmodulen bei bewölktem Wetter etwa 40 W pro 1 Quadratmeter pro Stunde beträgt.

Tatsächlich beträgt die Lichtleistung bei bewölktem Wetter in Bodennähe ungefähr 200 Watt pro Quadratmeter, aber 40 % des Sonnenlichts sind Infrarotstrahlung, für die Sonnenkollektoren nicht anfällig sind. Es sollte auch berücksichtigt werden, dass die Batterieeffizienz selten 25 % überschreitet.

Manchmal kann die Energie aus intensivem Sonnenlicht 500 W pro Quadratmeter erreichen, aber die Berechnungen sollten die Mindestwerte berücksichtigen, die das autonome Stromversorgungssystem unterbrechungsfrei machen.

Jeden Tag scheint die Sonne im Jahresdurchschnitt durchschnittlich 9 Stunden. An einem Tag kann ein Quadratmeter der Oberfläche des Konverters 1 Kilowatt Strom erzeugen. Wenn die Bewohner des Hauses pro Tag etwa 20 Kilowatt Strom verbrauchen, sollte die Mindestfläche der Solarmodule etwa 40 Quadratmeter betragen.

Ein solcher Indikator für den Stromverbrauch in der Praxis ist jedoch selten. Mieter verbrauchen in der Regel bis zu 10 kW pro Tag.

Wenn wir darüber sprechen, ob Sonnenkollektoren im Winter funktionieren, sollten Sie bedenken, dass zu dieser Jahreszeit die Dauer der Tageslichtstunden stark reduziert ist. Wenn Sie das System jedoch mit leistungsstarken Batterien ausstatten, sollte die pro Tag empfangene Energie so sein ausreichend, unter Berücksichtigung des Vorhandenseins einer Pufferbatterie.

Bei der Auswahl einer Solarbatterie ist es sehr wichtig, auf die Kapazität der Batterien zu achten. Wenn Sie Solarmodule benötigen, die nachts funktionieren, spielt die Kapazität der Backup-Batterie eine Schlüsselrolle. Außerdem muss das Gerät gegen häufiges Aufladen beständig sein.

Außerdem muss das Gerät gegen häufiges Aufladen beständig sein.

Trotz der Tatsache, dass die Kosten für die Installation von Solarmodulen 1 Million Rubel überschreiten können, werden sich die Kosten innerhalb weniger Jahre amortisieren, da Solarenergie absolut kostenlos ist.

Wie funktioniert eine solarbatterie

Alle Lebewesen auf der Erde entstanden dank der Energie der Sonne. Jede Sekunde kommt eine riesige Menge Energie in Form von Sonnenstrahlung an die Oberfläche des Planeten. Während wir Tausende Tonnen Kohle und Erdölprodukte verbrennen, um unsere Häuser zu heizen, schmachten die Länder näher am Äquator in der Hitze. Die Energie der Sonne für die menschlichen Bedürfnisse zu nutzen, ist eine lohnende Aufgabe für neugierige Köpfe. In diesem Artikel betrachten wir das Design eines direkten Konverters von Sonnenlicht in elektrische Energie - einer Solarzelle.

Der dünne Wafer besteht aus zwei Siliziumschichten mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften. Die innere Schicht ist reines einkristallines Silizium mit Lochleitfähigkeit. Außen ist es mit einer sehr dünnen Schicht aus „verunreinigtem“ Silizium bedeckt, zum Beispiel mit einer Beimischung von Phosphor. Auf der Rückseite der Platte ist ein massiver Metallkontakt aufgebracht.An der Grenze der n- und p-Schicht bilden sich durch Ladungsüberlauf verarmte Zonen mit unkompensierter positiver Raumladung im n-Schicht und Volumen negative Ladung in der p-Schicht. Diese Zonen bilden zusammen einen p-n-Übergang.

Die am Übergang entstehende Potentialbarriere verhindert den Durchgang der Hauptladungsträger, d.h. Elektronen von der Seite der p-Schicht, passieren aber ungehindert Nebenladungsträger in entgegengesetzten Richtungen. Diese Eigenschaft von p-n-Übergängen bestimmt die Möglichkeit, eine Photo-EMK zu erhalten, wenn Solarzellen mit Sonnenlicht bestrahlt werden. Wenn der SC beleuchtet wird, erzeugen die absorbierten Photonen Elektron-Loch-Paare im Nichtgleichgewicht. Elektronen, die in der p-Schicht in der Nähe des p-n-Übergangs erzeugt werden, nähern sich dem p-n-Übergang und werden durch das darin vorhandene elektrische Feld in den n-Bereich getragen.

In ähnlicher Weise werden in der n-Schicht erzeugte überschüssige Löcher teilweise auf die p-Schicht übertragen. Dadurch erhält die n-Schicht eine zusätzliche negative Ladung und die p-Schicht eine positive. Die anfängliche Kontaktpotentialdifferenz zwischen den p- und n-Schichten des Halbleiters nimmt ab und eine Spannung erscheint in der externen Schaltung. Der negative Pol der Stromquelle entspricht der n-Schicht und die p-Schicht dem positiven.

Die meisten modernen Solarzellen haben einen einzigen p-n-Übergang. Freie Ladungsträger werden in einem solchen Element nur von solchen Photonen erzeugt, deren Energie größer oder gleich der Bandlücke ist. Mit anderen Worten, das photoelektrische Ansprechverhalten einer Zelle mit einfachem Übergang ist auf den Teil des Sonnenspektrums beschränkt, dessen Energie höher als die Bandlücke ist, und Photonen mit niedrigerer Energie werden nicht verwendet. Diese Einschränkung kann durch mehrschichtige Strukturen aus zwei oder mehr SCs mit unterschiedlichen Bandlücken überwunden werden.Solche Elemente werden Mehrfachverbindung, Kaskade oder Tandem genannt. Da sie mit einem viel größeren Teil des Sonnenspektrums arbeiten, haben sie eine höhere photovoltaische Umwandlungseffizienz. In einer typischen Mehrfachsolarzelle sind einzelne Photovoltaikzellen so hintereinander angeordnet, dass Sonnenlicht zuerst auf die Zelle mit der größten Bandlücke trifft, während die Photonen mit der höchsten Energie absorbiert werden.

Batterien funktionieren nicht durch Sonnenlicht, aber im Prinzip durch Sonnenlicht. Elektromagnetische Strahlung erreicht die Erde zu jeder Jahreszeit. Gerade bei bewölktem Wetter wird weniger Energie produziert. Beispielsweise haben wir autonome solarbetriebene Leuchten installiert. Natürlich gibt es kurze Zeiträume, in denen die Batterien keine Zeit zum vollständigen Aufladen haben. Aber im Allgemeinen kommt das im Winter nicht so oft vor.

Selbst wenn Schnee auf das Solarpanel fällt, wandelt es interessanterweise weiterhin Sonnenenergie um. Und aufgrund der Tatsache, dass sich die Fotozellen erwärmen, taut der Schnee selbst auf. Das Prinzip ist das gleiche wie beim Erhitzen einer Autoscheibe.

Perfektes Winterwetter für einen frostigen wolkenlosen Tag der Solarbatterie. Manchmal können an solchen Tagen sogar Generationsrekorde aufgestellt werden.

Im Winter sinkt die Effizienz des Solarmoduls. In Moskau und der Region Moskau wird im Durchschnitt 8-mal weniger Strom pro Monat produziert. Nehmen wir an, dass im Sommer für den Betrieb von Kühlschrank, Computer und Deckenbeleuchtung zu Hause 1 kW Energie benötigt werden, dann ist es im Winter besser, sich mit 2 kW für die Zuverlässigkeit einzudecken.

Gleichzeitig ist in Fernost die Sonnenscheindauer länger, der Wirkungsgrad sinkt nur um das Eineinhalb- bis Zweifache. Und je weiter südlich, desto geringer ist natürlich der Unterschied zwischen Winter und Sommer.

Auch der Neigungswinkel der Module ist wichtig. Sie können den Universalwinkel für das ganze Jahr einstellen. Und Sie können je nach Jahreszeit jederzeit wechseln. Dies wird nicht von den Eigentümern des Hauses durchgeführt, sondern von Spezialisten, die auf die Baustelle gehen.

Solaranschlussmöglichkeiten

Solarmodule bestehen aus mehreren einzelnen Modulen. Um die Ausgangsparameter des Systems in Form von Leistung, Spannung und Strom zu erhöhen, werden die Elemente unter Anwendung der physikalischen Gesetze miteinander verbunden.

Die Verbindung mehrerer Module untereinander kann mit einem von drei Montageschemata für Solarmodule erfolgen:

• parallel;
• konsistent;
• gemischt.

Bei der Parallelschaltung werden gleichnamige Klemmen miteinander verbunden, bei denen die Elemente zwei gemeinsame Konvergenzknoten von Leitern und deren Verzweigung haben.

Bei einer Parallelschaltung werden die Pluspunkte mit den Pluspunkten und die Minuspunkte mit den Minuspunkten verbunden, wodurch der Ausgangsstrom ansteigt und die Ausgangsspannung innerhalb von 12 Volt bleibt

Der Wert des maximal möglichen Ausgangsstroms in einer Parallelschaltung ist direkt proportional zur Anzahl der angeschlossenen Elemente. Die Grundsätze zur Berechnung der Menge finden Sie in dem von uns empfohlenen Artikel.

Bei der Reihenschaltung werden entgegengesetzte Pole verbunden: das „Plus“ der ersten Platte mit dem „Minus“ der zweiten. Das verbleibende ungenutzte „Plus“ des zweiten Panels und das „Minus“ der ersten Batterie werden mit dem Controller verbunden, der sich weiter entlang der Schaltung befindet.

Diese Art der Verbindung schafft Bedingungen für den Stromfluss, bei denen es nur einen Weg gibt, den Energieträger von der Quelle zum Verbraucher zu übertragen.

Bei einer seriellen Verbindung steigt die Ausgangsspannung und erreicht 24 Volt, was ausreicht, um tragbare Geräte, LED-Lampen und einige elektrische Empfänger mit Strom zu versorgen

Eine Reihen-Parallel- oder gemischte Schaltung wird am häufigsten verwendet, wenn mehrere Batteriegruppen angeschlossen werden müssen. Durch Anwendung dieser Schaltung können sowohl Spannung als auch Strom am Ausgang erhöht werden.

Bei einem Reihen-Parallel-Schaltschema erreicht die Ausgangsspannung eine Marke, deren Eigenschaften sich am besten zur Lösung der meisten Haushaltsaufgaben eignen

Diese Option hat auch den Vorteil, dass bei Ausfall eines der Strukturelemente des Systems andere Verbindungsketten weiterhin funktionieren. Dadurch wird die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems deutlich erhöht.

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Anschließen von Solarzellen

Anzahl der Paneele je nach Bedarf

Reihenschaltung von Solargeräten

Direkter Anschluss an Beleuchtungskörper

Das Prinzip des Aufbaus einer kombinierten Schaltung basiert darauf, dass die Geräte innerhalb jeder Gruppe parallel geschaltet werden. Und die Verbindung aller Gruppen in einem Stromkreis erfolgt nacheinander.

Durch die Kombination verschiedener Verbindungstypen wird es nicht schwierig sein, eine Batterie mit den erforderlichen Parametern zusammenzubauen.Die Hauptsache ist, dass die Anzahl der angeschlossenen Zellen so sein sollte, dass die den Batterien zugeführte Betriebsspannung unter Berücksichtigung ihres Abfalls im Ladekreis die Spannung der Batterien selbst und gleichzeitig den Laststrom der Batterie übersteigt Zeit liefert die erforderliche Menge an Ladestrom.