Меню

Сила тока солнечной панели

Какое напряжение у солнечных батарей?

1 с полоской.jpg

Все знают, что солнечные батареи производят электричество из солнечного излучения. Но для многих встает вопрос, какое напряжение у солнечных батарей. Ведь мы все привыкли пользоваться электроприборами работающим на бытовом электричестве 220 Вольт переменного напряжения. А мелкие устройства как игрушки, телефоны и прочая электроника вообще работают на самых разнообразных аккумуляторных батарейках постоянного тока. Автомобили питаются от больших аккумуляторных батарей стандарта на 12 и 24 вольта тоже постоянного тока. Так какое напряжение у солнечных батарей, для каких устройств они подойдут, и можно ли их взять и подключить к электроприборам напрямую? Чтобы получить переменное напряжение необходимо вращение

электромагнитного поля, для изменения полярности напряжения, от отрицательного значения до положительного. Кроме того вращение электромагнитного поля дает плавное изменение напряжения, абсолютно без скачков, ступенек и резкого изменения полярности. Во всех остальных случаях получение электричества без преобразования будет постоянным положительным, т.е. выше значение напряжения будет выше нуля.

Так как в солнечных батареях нет никакого вращения и электронного преобразования, а солнечный свет, падающий на них в течение дня практически постоянен, облачность не в счет, то получаемое электричество от солнечных батарей будет с напряжением постоянного тока.

Какая величина напряжения в солнечных батареях?

Так как электроэнергию у нас хранят в аккумуляторах, а все аккумуляторы имеют постоянное напряжение. То солнечные батареи изготавливают с напряжением подходящим для заряда аккумуляторов, равным номинальному напряжению аккумуляторов, или немного выше – равным максимальному напряжению акб для лучшего заряда. К примеру, номинальное напряжение акб 12 вольт, максимально заряженный акб имеет напряжение 14 вольт. Солнечная батарея имеет номинальное напряжение также 12 вольт, а максимальное 14-17. Сделан запас по напряжению для заряда разных по типу аккумуляторов. Но напрямую подключать солнечные батареи к акб нельзя, можно испортить акб. Некоторые акб лучше заряжать напряжением в 16 вольт, а некоторые не выше 14,5 вольт, причем необходимо еще регулировать ток идущий от батарей его тоже необходимо регулировать, уменьшать в процессе заряда. Управлением и регулировкой тока и напряжения будет заниматься контроллер заряда. В нем используется специальная программа и аппаратная технология заряда, позволяющая не только правильно и эффективно заряжать акб, но и даже восстанавливать глубоко разряженные акб, в которых пошел процесс пагубной кристаллизации пластин – сульфатация. Также немного повышенное напряжение в солнечных батареях используется, чтобы при кратковременных перегреваниях света облаками, напряжение солнечных батарей не падало ниже номинальных 12 вольт, и заряд от акб не перетекал в солнечные батареи обратно. Во всех современных солнечных батареях установлены диоды, на выходе контура пластин, перекрывающие обратное течение тока от акб.

2 с полоской.jpg

В соответствии со стандартами напряжения аккумуляторов, бытовые солнечные батареи выпускают на 5В, для малых аккумуляторов, и на 12 и 24 вольта для остальных аккумуляторных батарей.

Существуют нестандартные солнечные батареи напряжением от 36 до 90 вольт. За счет другого подключения пластин, в них увеличено напряжение, но уменьшен зарядный ток. Такие солнечные батареи предназначены для подключения большого количества солнечных батарей, к примеру, для промышленных систем. В некоторых случаях батареи подключают в последовательные цепочки для получения 220 вольт постоянного тока, чтобы потом без использования повышающего трансформатора преобразовать его в переменное напряжение. Что уменьшает и упрощает устройство преобразователя – инвертора. Для промышленных систем или электропитания жилых кварталов солнечные батареи могут при помощи последовательного и параллельного соединения объединять в системы на 600 или 800 Вольт. Высокое напряжение в таких случаях необходимо для уменьшения силы тока. Это позволяет использовать более тонкие и длинные провода, уменьшает расход металла на провода, и позволят передавать электричество на большое расстояние.

Также и в домашних системах часто используется повышенное номинальное напряжение солнечной электростанции на 48 или 96 вольт. В такой системе акб и солнечные батареи соединяются в последовательно параллельные цепочки.

Дополнительным плюсом повышенного напряжения в солнечных системах является меньшая чувствительность к изменению и уменьшению освещенности солнечных батарей в облачную погоду или при низом положении солнца утром или вечером.

Источник

Солнечная батарея (панель)

Солнечная батарея или солнечная панель – это самый доступный способ получать энергию от солнца.

Типы солнечных ячеек

В основном в солнечной промышленной энергетике выделяют два типа ячеек – это поликристаллические ячейки, а также монокристаллические ячейки.

Про плюсы и минусы моно- и поликристаллических панелей можете прочитать в этой статье. Одно скажу точно, солнечная батарея из монокристалла лучше по всем характеристикам, хотя и дороже по цене.

Что такое солнечная батарея

Солнечная батарея представляет из себя множество солнечных ячеек, которые соединены в определенной последовательности. Они могут быть соединены последовательно, параллельно, или даже последовательно-параллельно.

Вот так выглядит солнечная панель на 100 Вт

Вид панели с обратной стороны

Сзади на этикетке параметры этой панели:

Основные параметры солнечной батареи

Максимальная мощность (Maximum power)

Этот параметр солнечной панели показывает, какую максимальную мощность может выдать такая панель в солнечный день, при условии, что солнце будет в зените и панель будет полностью освещаться солнечными лучами.

Читайте также:  Ток утечки у автомагнитол

Максимальное напряжение при нагрузке (Maximum power voltage)

Максимальное значение напряжение при условии, что панель выдает в нагрузку максимальную мощность. То есть этот параметр также учитывает, что панель должна быть под солнцем в зените в яркий солнечный день.

Максимальный ток, который может выдать солнечная панель в нагрузку (Maximum Power Current)

Этот параметр показывает, какой максимальную силу тока может выдать панель в нагрузку.

Напряжение в холостом режиме (Open Circuit Voltage)

Это напряжение на клеммах солнечной панели в яркий солнечный день, при условии, что к клеммах не подсоединяется никакая нагрузка.

Ток короткого замыкания ( Short Circuit Current)

Это сила тока, которая будет течь в цепи солнечной панели, если ее клеммы соединить между собой, при условии, что панель находится под солнцем.

Ну а далее различные массо-габаритные характеристики. Также в сопроводительном листе были указаны такие параметры, как КПД солнечного модуля = 15,2%, закаленное матовое стекло толщиной в 3,2 мм, а также рабочий диапазон температур от -40 и до +80 градусов по Цельсию. По заявлению производителя, такая панель выдерживает град размером в горох и срок ее службы составляет 15-20 лет. Ну что же, поживем увидим.

Солнечная батарея в ясный день

Итак, в нашей статье мы будем ставить опыты с солнечной панелью на 100 Вт и посмотрим, целесообразно ли ее было покупать. Так как я живу в Удмуртии, это получается 57 градусов северной широты. Лето теплое солнечное, зима умеренно-холодная.

Приятный солнечный денек 10 июня. На небе ни тучки, солнце в зените.

Направляю панель на солнышко и смотрю напряжение на клеммах в холостом режиме.

23,1 Вольта халявы)

А теперь смотрим ток короткого замыкания. Для этого ставим мультиметр в режим измерения силы тока и соединяем выводы солнечной панели.

Все прям почти как по описанию).

Берем галогенную автомобильную лампу и цепляем к панели

Горит так, что даже глаза слепит.

Давайте замеряем напряжение на клеммах панели с нагрузкой-лампочкой.

Смотрим силу тока, которую кушает наша автомобильная лампочка:

Давайте посчитаем, какую мощность кушает лампочка от панельки. Вспоминаем, что мощность – это произведение силы тока на напряжение. То есть получаем P=IU=5,45 x 16,2 = 88,3 Ватта. Как видите, панелька в легкую питает нагрузку, которая кушает 88,3 Ватта при напряжении в 16,2 Вольта. Честно говоря, более чем 14,4 Вольт подавать на лампочку не стоило бы, так как она автомобильная. Но вроде осталась жива.

Солнечная батарея в пасмурный день

Все бы хорошо, но сказка рано или поздно заканчивается. На следующий день солнышко зашло и на небе стали появляться грозовые тучки:

Замеряем напряжение на клеммах без нагрузки:

Напряжение вроде бы есть.

Замеряем силу тока короткого замыкания:

Даже меньше Ампера…. На то она и солнечная батарея).

Что внутри солнечной батареи

Распределительная коробка имеет уровень защиты IP67, что говорит о том, что она пыленепроницаемая и водонепроницаемая:

Внутри стоят два мощных диода, скорее всего диоды Шоттки

Они нужны для того, чтобы электрический ток шел только от солнечной панели к нагрузке.

Как сделать мини-электростанцию на солнечных батареях

Сейчас с Али мне идет солнечный контроллер

контроллер для солнечной батареи

Будем делать миниэлектростанцию для своей лаборатории по классической схеме:

Синяя коробочка – это и есть контроллер. Черная коробочка под ним – это инвертор, который преобразует 12 Вольт постоянного тока от аккумулятора в 220 Вольт переменного тока (в напряжение в вашей домашней розетке). Остальные части схемы вам уже известны. Эта схема полностью автономная и требует минимального обслуживания.

Стоит ли брать солнечные батареи?

Давайте посчитаем вместе. Сама 100 Ваттная панель стоит 5000 руб. Хотя, на Алибабе (отец Алиэкпресса) оптом можно затариться дешевле, хотя и по доставке еще надо будет решать вопрос:

Моя панель выдает 0,1 Киловатт. Допустим у нас солнце светит в среднем в год по 8 часов в день. Получается, за день панель может производить энергию в количестве 0,1 х 8 = 0,8 Киловатт х часов. У нас в селе Киловатт в час стоит 2,5 рублей. Стоит ли игра свеч? Я думаю, что нет. По крайней мере у меня в Удмуртии. В южных странах, где солнце “поливает” по 12 часов в день – это будет лучшим решением.

Но теперь давайте рассмотрим другой случай.

Ваш маленький домик находится в глуши. Хватит ли одной такой панели, чтобы поддерживать маломальский комфорт, типа освещения, питания ноутбука, телефона и ловли интернета? Вполне. Думаю, будет даже выгоднее, чем дизель-генератор. Поэтому, в данном случае солнечные батареи будут наилучшим решением.

Как соединять солнечные батареи?

Солнечная панель – это простой источник питания, как аккумулятор или батарейка. Поэтому, для них действуют все те же законы, что и для источников питания. Солнечные панели можно соединять с друг другом последовательно, параллельно или даже последовательно-параллельно. Более подробно про виды соединений источников питания читайте в этой статье.

Читайте также:  Электрическая емкость в цепи синусоидального тока

Последовательное соединение

Вот так выглядит параллельное соединение солнечный панелей. В этом случае суммируется выдаваемая сила тока, а напряжение остается таким же

параллельное соединение солнечных панелей

параллельное соединение солнечных панелей

Параллельное соединение

Если же вы хотите увеличить напряжение, то следует соединять панели последовательно. В этом случае у вас напряжения, получаемые с каждой солнечной панели будут суммироваться.

последовательное соединение солнечных панелей

последовательное соединение солнечных панелей

Последовательно-параллельное соединение

Если вы хотите увеличить и напряжение и выдаваемую силу тока, то в этом случае соединяют панели последовательно-параллельно

последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

Заключение

Использование альтернативной энергии бывает иногда очень полезно в некоторых случаях, особенно для питания автономных устройств, типа уличного освещения, радиопередатчиков, питания различных GSM-сигнализаций в садоогороде и тд.

Ну а если кто-то сомневается в будущем солнечной энергетики, просто взгляните на эти солнечные батареи, которые вырабатывают Мегаватты энергии за день!

Источник

Устройство и принцип работы солнечной батареи: схема и комплектующие, история создания

Уже почти два века человечество напряжённо думает, где и как достать необходимое количество электрической энергии для своих многочисленных изобретений и возрастающих потребностей.

За это время появились могучие электростанции, масштабные ГЭС, сила расщеплённого атома и мощь бурных рек пришла на помощь человечеству.

Особенно стремительно развиваются в различных регионах Земли в последние десятилетия такие альтернативные источники энергии, как ветровые станции и солнечные батареи.

Учитывая, что угасание Солнца ожидается лишь через 4-5 млрд. лет, такой источник энергии, как солнечные батареи можно считать неисчерпаемым. Поговорим о нём. Что это такое, откуда взялось и как устроено.

Изобретение

Древний инсолятор

Первым, кто смог экспериментально обнаружить взаимодействие между светом и электрической энергией, был знаменитый немецкий физик Генрих Герц. Также известно, что явление, аналогичное открытому позднее фотоэффекту наблюдал и исследовал в 1839 г. Эдмон Беккерель.

Он сумел выяснить, что ультрафиолет значительно способствует возникновению и прохождению разряда между двумя проводниками электрической энергии. Однако, проведя ряд экспериментов, Герц не стал больше развивать эту тему.

Первую в мире, работоспособную схему по выработке и передаче электрической энергии с применением лучей света произвёл русский учёный из Москвы Александр Столетов. Он создал прообраз первого в мире фотоэлемента.

Француз Огюст Мушо в конце позапрошлого столетия сумел создать систему, при которой сфокусированные и преобразованные солнечные лучи приводили в движение печатную машину.

Развитие исследований по преобразованию солнечной энергии в электрическую в 20 веке ознаменовалось работой А. Эйнштейна по открытию фотоэффекта (явление отрывания заряженных частиц от поверхности некоторого вещества, находящегося под действием другого вещества или света).

Это привело к появлению первых фотоэлементов на основе селена (Se – 34), а затем и таллия (Tl – 81). В 1930 гг. учёными-физиками Академии наук СССР был создан медно-таллиевый (Cu-Tl) фотоэлемент с наибольшим для тех времён КПД в 1%.

Появившиеся позднее фотоэлементы на основе Кремния (Si-14) имели в 6 раз больший КПД. В 1953 г. была разработана первая в мире солнечная батарея. Спустя всего 5 лет учёные СССР установили первые солнечные батареи на искусственный спутник Земли №3.

Спутник с СБ

В 1970-х гг. прошлого века учёные выяснили, что полупроводники лучше многих металлов образуют электрический ток из света. С тех пор появилось множество новых видов и материалов для производства солнечных батарей.

Именно открытие фотоэффекта, произведённое А. Эйнштейном, и привело к возникновению и развитию индустрии солнечных батарей.

Как устроена

Схема получения энергии СБ

Итак, солнечная батарея – система взаимосвязанных элементов, структура которых позволяет, используя принцип фотоэффекта, преобразовывать попадающий на них под определённым углом солнечный свет в электрический ток.

Система, преобразующая солнечный свет в электрическую энергию состоит из следующих комплектующих элементов:

    Материал-полупроводник (плотно совмещённые два слоя материалов с разной проводимостью). Это может быть, например, монокристаллический или поликристаллический кремний с добавлением других химических соединений, позволяющих получить нужные для возникновения фотоэффекта свойства.

Для возникновения перехода электронов из одного материала в другой необходимо, чтобы один из слоёв имел избыток электронов, а другой – их недостаток. Переход электронов в область с их недостатком называют p-n переходом.

  • Тончайший слой элемента, противостоящего переходу электронов (размещается между этими слоями).
  • Источник электропитания (если его подключить к противостоящему слою, электроны смогут легко преодолевать эту запорную зону). Так возникнет упорядоченное движение зараженных частиц, именуемое электрическим током.
  • Аккумулятор (накапливает и сохраняет энергию).
  • Контроллер заряда.
  • Инвертор-преобразователь (преобразование получаемого от солнечной батареи постоянного электрического тока в переменный ток).
  • Стабилизатор напряжения (предназначен для создания напряжения нужного диапазона в системе солнечной батареи).
  • Схематическое изображение СБ

    Фотоны света (солнечный свет), попадающие на поверхность полупроводника при столкновении с его поверхностью передают свою энергию электронам полупроводника. Выбитые вследствие удара из полупроводника электроны преодолевают защитный слой, имея дополнительную энергию.

    Таким образом, отрицательные электроны покидают p-проводник, переходя в проводник n, положительные – наоборот. Такому переходу способствуют существующие в проводниках на тот момент электрические поля, которые в последствие увеличивают силу и разность зарядов (до 0.5 В в небольшом проводнике).

    Читайте также:  В катушке индуктивностью 0 01 гн проходит ток силой 20 а определите эдс самоиндукции которая

    Намереваясь приобрести солнечную батарею или изготовить её, тщательно просчитайте:

    • стоимость такой батареи и необходимого оборудования;
    • необходимое вам количество электрической энергии;
    • количество необходимых вам батарей;
    • число солнечных дней в году в вашем регионе;
    • необходимую вам площадь для установки солнечных батарей.

    Сила тока

    Сила электрического тока в солнечном элементе зависит от таких факторов, как:

    • количество света, попавшего на поверхность элемента;
    • интенсивность излучения источника света;
    • площадь принимающего фотоны элемента;
    • угол падения света на принимающий элемент;
    • время эксплуатации элемента;
    • КПД системы (в настоящее время у самых передовых аналогов он составляет не более 24%. О КПД солнечных батарей Вы можете прочитать в этой статье.);
    • температура окружающего воздуха (чем выше она, тем больше у элемента сопротивление).

    Элементы для улучшения работы

    Солнечный трекер

    Для организации более эффективной работы фотоэлементов в конструкции солнечной батареи используют диод Шоттки.

    Он представляет собой диод полупроводникового типа, который имеет меньше по сравнению с другими конструкциями падение напряжения при включении напрямую.

    Он работает на основе использования перехода p-n типа в среде “металл-проводник”. Сравнение с кремниевыми диодами показывает, что прямое напряжение снижается в среднем с 0,65 В до 0,35 В, что способствует росту КПД системы.

    Для более эффективного попадания солнечного света на поверхность батареи разработано и используется специальное устройство – солнечный трекер. Данное устройство предназначено для слежения за движением Солнца и поворота солнечной панели (батареи) таким образом, чтобы на её поверхность попадало как можно больше солнечных лучей (оптимизация угла падения лучей).

    Для более рационального соединения двух и более панелей солнечных батарей и получения нужного сопротивления в такой системе используются специальные сертифицированные коннекторы, например МС4 Т (male+female).

    Преимущества и недостатки

    Положительными чертами данного вида выработки энергии являются:

    • экологичность (не загрязняет окружающую среду);
    • долговечность (при бережном использовании фотоэлементы прослужат несколько десятков лет);
    • достаточно простой принцип работы.

    Минусами системы являются:

    • сложность сборки самой системы и наладки её работы;
    • низкий КПД (требуется очень большая площадь солнечных батарей для обеспечения нужд даже небольшой семьи. Для 3-4 чел, потребляющих 200 Кв в месяц, нужно 12-15 кв. метров батарей);
    • достаточно высокая стоимость и низкая окупаемость системы.

    Использование солнечной энергии в мире

    Немецкий комплекс СБ

    Многие государства всерьёз задумались о масштабном производстве и использовании солнечной энергии.

    Лидерами по производству энергии с помощью солнечных батарей являются США, Япония и Германия.

    Производство солнечной энергии получает своё развитие и в России.

    В настоящее время в РФ уже построено следующее количество установок по производству солнечной энергии:

    • Краснодарский край – 46 ед.;
    • Дагестан – 8 ед.;
    • Ставропольский край – 2 ед.;
    • Бурятия, Хабаровский край, Костромская область – по 1 ед.

    Бурное развитие данной отрасли во всем мире оставляет надежду на то, что в будущем этот неисчерпаемый источник экологичной энергии станет основным для населения планеты.

    Смотрите видео, в котором подробно рассказывается об устройстве и производстве солнечных панелей:

    Источник

    

    Способы измерения мощности солнечных батарей

    Что нужно для того, чтобы измерить мощность солнечной батареи и не купить, например, батарею мощностью 70 Ватт с маркировкой 100 Ватт? Всего лишь самый дешёвый тестер (мультиметр) и ясная солнечная погода.

    Способ №1 (самый простой).

    Расположите солнечную батарею так, чтобы на ВСЮ её поверхность падал прямой солнечный свет ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО поверхности. Необходимо проводить измерения при ясной погоде в середине дня весной-летом, когда Солнце находится максимально высоко над горизонтом (угол Солнца должен быть более 42 градусов над горизонтом).

    Измерьте вольтметром напряжение холостого хода (Voc), подключив щупы вольтметра к разъемам солнечной панели.

    Измерение напряжения холостого хода солнечной батареи 100 Вт

    Измерьте амперметром ток короткого замыкания (Isc), подключив щупы амперметра к разъемам панели.

    Измерение тока короткого замыкания солнечной батареи 100 Вт

    Посчитайте мощность по следующей эмпирической формуле: P = Voc * Isc * 0.78, где коэффициент 0,78 — это примерное усреднённое отношение паспортной мощности панели к произведению паспортных Voc и Isc.

    Чтобы определить мощность солнечной батареи, у которой в паспорте указано 100 Вт, мы провели измерения напряжения и тока, которые видны на фото выше: Voc = 22.08 Вольт и Isc = 6.37 Ампера. Подставив эти значения в формулу, можно узнать, что её мощность составляет 22.08 * 6.37 * 0.78 = 109.7 Вт.

    Конечно, это не точный способ измерения и он даёт погрешность около 10%, но если при таком измерении Вы насчитаете только 70-80 Вт, то стоит задуматься, сколько же Вы реально заплатите за каждый Ватт мощности.

    На протяжении многих лет мы неоднократно измеряли ток короткого замыкания солнечных батарей и заметили, что весной-летом при ясном небе в Москве ток обычно лежит в пределах от 95 до 105% от номинала. Самые низкие показания тока (около 70-80% от номинала) наблюдаются зимой и связано это с очень низким углом Солнца над горизонтом и большими потерями солнечной энергии в атмосфере.

    Все фото измерений сделаны в Москве, в августе при температуре около 18 градусов в очень ясную погоду, в связи с чем мощность панели превышает свой номинал.

    Источник