Kaip veikia saulės kolektoriai

Saulės kolektoriaus struktūra ir veikimo principas priklauso nuo medžiagų ir technologijos, iš kurių jis pagamintas. Todėl, norint suprasti pagrindinių variantų ypatybes, būtina suprasti jų skirtumus ir pasirinkti tinkamą sprendimą. Visi duomenys yra svarbūs kokybiškiems gaminiams, pigūs akumuliatoriai gali neatitikti nurodytų parametrų, nes jie dažnai gaminami su technologiniais pažeidimais.

Standartinė standžios saulės baterijos konstrukcija.

Terminologija

Pagrindiniai šioje srityje vartojami terminai:

1. Saulės energija - elektros energija, gaunama iš saulės, kai naudojamos plokštės.
2. Saulės insoliacija - parodo, kiek saulės spindulių tenka vienam kvadratiniam metrui paviršiaus, statmeno spinduliams.
3. Fotovoltiniai elementai - moduliai, galintys saulės šviesą paversti elektros energija. Paprastai jie generuoja 1-2 vatus energijos, tačiau galima įsigyti ir didesnio našumo variantų.
4. Fotovoltinė sistema - įrangos, kuri saulės šviesą paverčia elektros energija, rinkinys.
5. Saulės elementai arba plokštės - tai fotovoltinių elementų grupė, sugrupuota į didelį modulį ir sujungta nuosekliai arba nuosekliai-lygiagrečiai. Paprastai vieną bateriją sudaro 36-40 segmentų.
6. Masyvas - kelios saulės baterijos, sujungtos taip, kad gautų reikiamą srovės kiekį.
7. Rėminiai moduliai - tvirtos ir sandarios konstrukcijos aliuminio rėmuose.
8. Lankstieji elementai be rėmelio - lanksčios versijos, naudojamos mažesnėms apkrovoms.
9. Kilovatvalandė (kW) - standartinis elektros energijos matas.
10. Efektyvumas (naudingumo koeficientas) - saulės kolektorių. Rodo, kiek saulės energijos, patekusios ant paviršiaus, paverčiama elektra. Paprastai šis skaičius siekia 15-24 proc.
11. Degradacija - dėl natūralių priežasčių sumažėjęs saulės elementų pajėgumas. Matuojama kaip pradinių verčių procentinė dalis.
12. Didžiausios apkrovos - tai laikas, kai reikia daugiausiai elektros energijos.
13. Kristalinis silicis yra saulės kolektorių žaliava. Šiandien labiausiai paplitęs ir ilgaamžis variantas.
14. Amorfinis silicis - garinimo būdu ant paviršiaus užtepta ir apsaugine danga uždažyta kompozicija.
15. Puslaidininkiai - medžiagos, kurios tam tikromis sąlygomis gali praleisti srovę. Tai apima daugumą naujų medžiagų, naudojamų saulės elementams gaminti.
16. Inverteris - prietaisas, kuris nuolatinę srovę keičia į kintamąją.
17. Valdiklis - reguliuoja saulės modulių išėjimo įtampą, kad būtų tinkamai įkraunami akumuliatoriai.

Insoliacijos žemėlapis Rusijoje.

Tai tik dažniausiai pasitaikantys terminai, yra ir kitų galimybių. Tačiau net ir žinodami pagrindinius dalykus galėsite geriau suprasti šią temą.

Kokybės kategorijos

Norint įvertinti saulės kolektoriaus kokybę, pirmiausia reikia išsiaiškinti, kokios rūšies žaliava naudojama fotovoltiniams elementams gaminti. Tai lemia galutinio gaminio efektyvumą ir tarnavimo laiką. Yra keturios pagrindinės klasės:

1. A klasė - Geriausios kokybės, be jokių pažeidimų ir įtrūkimų. Užpildo homogeniškumas ir paviršiaus lygumas garantuoja aukštą našumą, kuris dažnai būna net didesnis, nei nurodyta dokumentuose. Be to, šis variantas pasižymi mažiausiu degradacijos laipsniu ir ilgą laiką išlaiko gerą veikimą.
2. B klasė yra šiek tiek prastesnės kokybės ir gali turėti paviršiaus trūkumų. Tačiau jis dažnai naudojamas gaminant produktą, savo savybėmis prilygstantį A klasei. Jo skilimo koeficientas yra daug mažesnis, todėl jis greičiau praranda savo pradines savybes.
3. C klasė - variantas, kuriame gali būti gana rimtų defektų - nuo įtrūkimų iki įskilimų ir kitų pažeidimų. Šių modulių kaina yra daug mažesnė, tačiau jų efektyvumas niekada neviršija 15 %. Tai nebrangus sprendimas, tinkantis nedidelėms apkrovoms.
4. D klasė - Iš esmės tai yra atliekos, likusios gaminant fotovoltinius elementus, kurios neturėtų būti naudojamos akumuliatoriams gaminti. Tačiau daugelis ne tokių sąžiningų gamintojų, ypač iš Azijos, juos naudoja gamyboje. Šios parinkties veikimas yra labai prastas.

Geriau rinktis pirmąjį variantą, bet prireikus tinka ir antrasis. Tik jie galės užtikrinti normalų efektyvumą ir tarnaus ilgai.

Saulės kolektorių apsauginė plėvelė taip pat turėtų būti aukštos kokybės.

EVA laminavimo medžiaga - tai speciali plėvelė, kuri dedama ant priekinės pusės ir gali būti naudojama kitoje pusėje. Pagrindinė paskirtis - apsaugoti veikimo elementus nuo neigiamo poveikio, netrukdant saulės šviesai. Kokybiškos versijos tarnauja apie 25 metus, nekokybiškos - 5-10 metų. Neįmanoma iš akies nustatyti rūšies, todėl lengviau spręsti pagal kainą - gerų variantų kainos nebus mažos.

Vaizdo įraše elektros srovė grafiškai paaiškinta saulės spindulių poveikio pavyzdžiu.

Kaip tai veikia

Paaiškinti, kaip veikia saulės kolektorius, yra sudėtinga, tačiau galima pateikti keletą bendrų dalykų:

1. Kai saulės šviesa patenka į fotovoltinius elementus, juose pradeda formuotis netolygumų elektronų ir skylių poros.
2. Dėl elektronų pertekliaus jie persikelia į apatinį puslaidininkio sluoksnį.
3. Išorinėje grandinėje sukuriama įtampa. Teigiamas polius atsiranda ties p sluoksnio kontaktu, o neigiamas - ties n sluoksnio kontaktu.
4. Prie fotovoltinių elementų prijungus akumuliatorių, susidaro uždara grandinė ir nuolat judantys elektronai palaipsniui įkrauna akumuliatorių.
5. Įprastiniai silicio moduliai yra vieno perėjimo elementai, kurie gali generuoti energiją tik iš tam tikro saulės šviesos spektro. Dėl šios priežasties įrangos efektyvumas yra mažas.
6. Siekdami išspręsti šią problemą, gamintojai sukūrė kaskadines versijas; jos gali imti energiją iš skirtingų saulės spektro spindulių. Tai padidina efektyvumą, tačiau dėl didelių gamybos sąnaudų tokių plokščių kaina yra daug didesnė.
7. Energija, kuri nepaverčiama elektra, paverčiama šiluma, todėl saulės kolektoriai įkaista iki 55 laipsnių, o puslaidininkiniai kolektoriai - iki 180 laipsnių. Kai karščiau, saulės kolektoriaus efektyvumas mažėja.

Paprasčiausia saulės kolektoriaus schema.

Beje! Saulės kolektoriai veiksmingiausi giedromis žiemos dienomis, kai yra daug šviesos ir žema temperatūra vėsina paviršių.

Iš ko pagamintos saulės baterijos

Norint išstudijuoti saulės kolektoriaus konstrukciją, reikia suprasti pagrindines veisles, nes gamybos technologija labai skiriasi priklausomai nuo naudojamų žaliavų:

1. CdTe akumuliatoriai. Kadmio telūridas naudojamas plėveliniams moduliams gaminti. Pakanka kelių šimtų mikrometrų sluoksnio, kad būtų pasiektas maždaug 11 % arba šiek tiek didesnis efektyvumas. Tačiau skaičiuojant vatais už vieną vatą, jis yra bent 30 % pigesnis už tradicines silicio alternatyvas. Be to, tai daug plonesnė ir lengvesnė alternatyva.
2. CIGS tipo. Ši santrumpa reiškia, kad jo sudėtyje yra vario, indžio, galio ir seleno. Gautas puslaidininkis taip pat naudojamas nedideliu sluoksniu, tačiau, skirtingai nei pirmajame variante, čia efektyvumas yra 15 % didesnis.
3. GaAs ir InP tipų gali nusodinti 5-6 μm ploną sluoksnį, o jų efektyvumas siekia apie 20 %. Tai naujas žodis elektros energijos gamybos iš saulės šviesos technologijų srityje. Dėl aukštos darbinės temperatūros akumuliatoriai gali būti įkaitinti iki aukšto lygio be jokio eksploatacinių savybių sumažėjimo. Tačiau dėl to, kad gamyboje naudojamos retųjų žemių medžiagos, šio tipo kaina yra didelė.
4. Kvantinių taškų baterijos (QDSC). Saulės energijai konvertuoti vietoj tradicinių birių medžiagų kaip absorbcinė medžiaga naudojami kvantiniai taškai. Sureguliavus draustinės juostos tarpus, galima pagaminti daugiasluoksnius modulius, kurie efektyviau sugeria saulės energiją.
5. Amorfinis silicis naudojamas garavimo būdu ir yra nevienalytės struktūros. Jis nėra labai efektyvus, tačiau vienalytis paviršius labai gerai sugeria net išsklaidytą šviesą.
6. Polikristalinis variantai, gaminami lydant silicį ir aušinant jį tam tikromis sąlygomis, kad būtų gauti vienkrypčiai kristalai. Vienas iš labiausiai paplitusių sprendimų dėl gamybos pigumo ir gero efektyvumo.
7. Monokristalinis ląstelės sudarytos iš monokristalų, supjaustytų plonomis plokštelėmis ir legiruotų fosforu. Ilgiausiai išliekantis tirpalas, pasižymintis nedideliu irimo greičiu ir mažiausiai 30 metų, bet dažniausiai 10-15 metų ilgesniu tarnavimo laikotarpiu.

Kadmio telurido akumuliatoriai yra vieni pelningiausių pagal elektros energijos kilovato kainą.

Beje! Vieno ar kito varianto efektyvumas priklauso nuo gamybos technologijos, todėl jį būtina išsiaiškinti.

Taip pat skaitykite

Saulės kolektorių tipai ir montavimo būdai

 

Saulės kolektorių privalumai ir trūkumai

Kiekvienas tipas turi savitų savybių, į kurias verta atsižvelgti renkantis tinkamiausią tipą:

1. Monokristalinių plokščių efektyvumas yra didžiausias, todėl jos užima mažiau vietos. Jie tarnauja mažiausiai 25 metus ir lėtai praranda galią. Tuo pat metu paviršius yra labai jautrus nešvarumams, todėl jį reikia dažnai valyti. Ir kaina yra didžiausia iš visų silicio pagrindu pagamintų variantų.
2. Polikristaliniai variantai ne taip efektyviai sugeria saulės spindulius, tačiau geriau veikia išsklaidytoje šviesoje. Jų kainos ir kokybės santykis geresnis, tačiau dėl mažesnio efektyvumo jie užima daugiau vietos.
3. Amorfinio silicio akumuliatoriai gali būti montuojami bet kur, taip pat ir ant pastatų sienų, nes gerai sugeria išsklaidytą šviesą. Jų efektyvumas ir kaina yra nedideli, todėl jie gali būti naudojami kaip ekonomiškas variantas. Kartu jie ilgai tarnauja ir nebijo paviršiaus užterštumo.
4. Retųjų žemių variantai turi panašių privalumų ir trūkumų, todėl juos galima nagrinėti kartu. Jos savo efektyvumu lenkia klasikines plokštes, be to, jas galima klijuoti ant plėvelės, o tai yra patogu. Jų temperatūros diapazonas yra didesnis, todėl šildymas neturi įtakos veikimui. Tačiau dėl didelės kainos ir metalų retumo šios galimybės nėra masiškai naudojamos.

Galimybė montuoti ant sienos supaprastina montavimo darbus.

Kur naudoti

Visus svarstomus variantus galima įrengti privačiame sektoriuje, kad būtų galima gauti elektros energijos iš saulės ir sutaupyti energijos sąnaudų arba net pasiekti visišką autonomiją. Kalbant apie naudojimą, reikia atsižvelgti į keletą paprastų gairių:

1. Monokristalinius ir polikristalinius variantus geriausia montuoti ant stogo arba ant žemės, iš anksto sukonstravus rėmą tinkamu kampu. Pageidautina, kad kampas būtų reguliuojamas, kad galėtumėte prisitaikyti prie saulės.
2. Plėvelės modulius galima montuoti bet kur - ir ant sienų, ir ant stogai. Jie gerai veikia, net jei spinduliai nepasiekia paviršiaus tinkamu kampu, o tai labai svarbu.
3. Pramonės atstovai taip pat teikia pirmenybę folijos radiatoriams, nes jie pigesni ir lengviau montuojami.

Plėvelės versijas lengviau montuoti dideliems darbo kiekiams.

Yra keletas saulės kolektorių rūšių, tačiau apie 90 % rinkos užima tradiciniai silicio modeliai, nes jų kaina yra nedidelė, o eksploatacinės savybės - geros. Taip pat galite rinktis vieną iš puslaidininkinių sprendimų, tačiau tuomet teks išleisti pusantro ar du kartus daugiau pinigų.