Prinsip operasi dan perangkat panel surya

Prinsip pengoperasian baterai surya

Perangkat ini dirancang untuk secara langsung mengubah sinar matahari menjadi listrik. Tindakan ini disebut efek fotolistrik. Semikonduktor (silikon wafer), yang digunakan untuk membuat unsur, memiliki elektron bermuatan positif dan negatif dan terdiri dari dua lapisan, lapisan-n (-) dan lapisan-p (+). Kelebihan elektron di bawah pengaruh sinar matahari terlempar keluar dari lapisan dan menempati tempat kosong di lapisan lain. Hal ini menyebabkan elektron bebas terus bergerak, berpindah dari satu pelat ke pelat lainnya, menghasilkan listrik yang disimpan di baterai.

Cara kerja baterai surya sangat bergantung pada desainnya. Sel surya awalnya terbuat dari silikon.Mereka masih sangat populer, tetapi karena proses pembersihan silikon cukup melelahkan dan mahal, model sedang dikembangkan dengan fotosel alternatif dari senyawa kadmium, tembaga, galium dan indium, tetapi mereka kurang produktif.

Efisiensi panel surya telah meningkat seiring dengan perkembangan teknologi. Saat ini, angka ini telah meningkat dari satu persen, yang tercatat pada awal abad ini, menjadi lebih dari dua puluh persen. Hal ini memungkinkan kita untuk menggunakan panel saat ini tidak hanya untuk kebutuhan dalam negeri, tetapi juga untuk produksi.

spesifikasi

Perangkat baterai surya cukup sederhana, dan terdiri dari beberapa komponen:

Sel surya langsung/panel surya;

Inverter yang mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik;

Pengontrol level baterai.

Membeli baterai untuk panel surya harus didasarkan pada fungsi yang dibutuhkan. Mereka menyimpan dan mendistribusikan listrik. Penyimpanan dan konsumsi terjadi sepanjang hari, dan pada malam hari akumulasi biaya hanya dikonsumsi. Dengan demikian, ada pasokan energi yang konstan dan berkelanjutan.

Pengisian dan pengosongan baterai yang berlebihan akan mempersingkat masa pakainya. Pengontrol pengisian daya baterai surya secara otomatis menangguhkan akumulasi energi dalam baterai ketika telah mencapai parameter maksimumnya, dan mematikan beban perangkat saat dayanya habis.

(Tesla Powerwall - baterai panel surya 7KW - dan pengisian rumah untuk kendaraan listrik)

Inverter grid untuk panel surya adalah elemen desain yang paling penting. Ini mengubah energi yang diterima dari sinar matahari menjadi arus bolak-balik dari berbagai kapasitas.Menjadi konverter sinkron, ia menggabungkan tegangan keluaran arus listrik dalam frekuensi dan fase dengan jaringan stasioner.

Fotosel dapat dihubungkan baik secara seri maupun paralel. Opsi terakhir meningkatkan parameter daya, tegangan, dan arus dan memungkinkan perangkat untuk bekerja bahkan jika satu elemen kehilangan fungsionalitas. Model gabungan dibuat menggunakan kedua skema. Masa pakai pelat adalah sekitar 25 tahun.

Memilih panel surya untuk rumah pribadi

Sebelum membeli panel surya untuk rumah pribadi, cari tahu:

• Konsumsi listrik harian di kamar;
• Tempat untuk memasang panel (diarahkan ke selatan, sementara tidak boleh ada bayangan di atasnya dan sudut kemiringan yang sesuai harus diatur);
• Baterai ditempatkan di ruangan yang hangat pada suhu ini hingga 25 derajat Celcius;
• Memperhitungkan beban puncak peralatan listrik;
• Penggunaan sistem secara musiman atau permanen.

Untuk wilayah dengan aktivitas cahaya tinggi, baterai monokristalin paling cocok. Untuk tempat tinggal musim panas atau plot pribadi, jika penggunaan musiman direncanakan, model polikristalin mikromorfik paling cocok. Mereka relatif murah, mereka merasakan tersebar, cahaya samping dengan baik dan bekerja pada sudut dalam cuaca mendung.

Contoh perhitungan

Daerah pinggiran kota mengkonsumsi 3-6 kWh energi listrik, tetapi angka ini mungkin lebih tinggi bila menggunakan sejumlah besar peralatan listrik atau penerangan tambahan di rumah. Pondok tiga lantai mengkonsumsi dari 20 hingga 50 kWh dan bahkan lebih. Berdasarkan informasi yang diberikan, kami akan membuat perhitungan.

Intensitas energi pondok adalah 7 kW (termasuk kerugian). Jika rumah terletak di Selatan, di mana ada cukup sinar matahari untuk pasokan energi, maka diperlukan sekitar 20 baterai. Daya kerja satu panel adalah 400 watt. Jumlah ini cukup untuk memasok energi ke daerah pinggiran kota di mana sebuah keluarga yang terdiri dari 4-6 orang tinggal secara permanen.

Instalasi

Saat membeli produk dari perusahaan tertentu, Anda mendapatkan diagram dan instruksi pengkabelan yang terperinci, dan Anda dapat memasang catu daya dan panel surya yang tidak pernah terputus dengan tangan Anda sendiri. Tetapi jika Anda tidak ingin berurusan dengan instalasi dan konfigurasi sistem atau belum pernah melakukan ini sebelumnya, percayakan pekerjaan ini kepada para profesional.

Spesialis pergi ke lokasi dan melakukan pemasangan dan commissioning peralatan dalam waktu singkat. Rata-rata, pemasangan pembangkit listrik tenaga surya membutuhkan waktu satu hingga empat hari, tergantung pada kerumitan sistem, dan catu daya yang tidak pernah terputus dipasang dalam satu hingga dua hari.

Pemasangan modul surya dilakukan sesuai dengan skema yang telah disetujui sebelumnya, dan semua komponen sistem; baterai, pengontrol pengisian daya, dan konverter dipasang di tempat yang nyaman dan dapat diakses oleh Anda. Pembangkit listrik mudah dirawat. Panel surya memiliki permukaan yang halus dari kaca khusus, yang tidak memungkinkan salju dan debu menumpuk. Baterai yang digunakan untuk tata surya bebas perawatan dan memiliki masa pakai hingga 10 tahun.

Tips

Para ahli memberikan beberapa rekomendasi tentang cara memasang dan menghubungkan panel surya dengan benar.

Paling sering, produk yang menggunakan sumber energi alternatif dipasang di atap atau di dinding konstruksi perumahan, lebih jarang mereka menggunakan penyangga khusus yang andal.

Bagaimanapun, pemadaman apa pun harus sepenuhnya dikecualikan, yaitu, baterai harus diorientasikan sedemikian rupa sehingga tidak jatuh di bawah bayang-bayang pohon tinggi dan bangunan di sekitarnya.
Pemasangan satu set pelat dilakukan dalam baris, pengaturannya paralel, dalam hal ini, sangat penting untuk memastikan bahwa baris yang lebih tinggi tidak memberikan bayangan pada yang di bawah. Persyaratan ini sangat penting, karena naungan penuh atau sebagian memicu pengurangan dan bahkan penghentian total produksi energi apa pun, di samping itu, efek pembentukan "arus balik" dapat terjadi, yang sering menyebabkan kerusakan peralatan.

Orientasi yang tepat terhadap sinar matahari sangat penting untuk efisiensi dan efektivitas panel.

Sangat penting bahwa permukaan menerima semua kemungkinan sinar UV. Orientasi yang benar dihitung berdasarkan data lokasi geografis bangunan

Misalnya, jika panel dipasang di sisi utara bangunan, maka panel harus menghadap ke selatan.
Sama pentingnya adalah sudut kemiringan keseluruhan struktur, juga ditentukan oleh orientasi geografis struktur.Para ahli menghitung bahwa indikator ini harus sesuai dengan garis lintang lokasi rumah, dan karena matahari, tergantung pada waktu tahun, mengubah lokasinya di atas cakrawala beberapa kali, masuk akal untuk mempertimbangkan untuk menyesuaikan sudut pemasangan akhir dari baterai. Biasanya koreksi tidak melebihi 12 derajat.

• Baterai harus diletakkan sedemikian rupa untuk memberikan akses gratis ke mereka, karena di musim dingin akan perlu untuk membersihkannya secara berkala dari serangan salju, dan di musim hangat - dari noda hujan, yang secara signifikan mengurangi efisiensi dari menggunakan baterai.
• Sampai saat ini, ada banyak model panel surya Cina dan Eropa yang dijual, yang harganya berbeda, sehingga setiap orang dapat memasang model yang optimal untuk anggaran mereka.

Sebagai kesimpulan, perlu dicatat bahwa planet kita akan menerima manfaat terbesar dari penggunaan panel surya, karena sumber energi ini sama sekali tidak membahayakan lingkungan. Jika Anda, sebagai konsumen, peduli dengan masa depan Bumi kita, potensi sumber daya lahan dan konservasi sumber daya alam, maka panel surya adalah pilihan terbaik.

Cara memasang baterai solar di atap rumah, lihat video berikut.

Kesimpulan tentang topik

Pendekatan profesional untuk pemasangan pembangkit listrik tenaga surya akan memungkinkan Anda untuk memperhitungkan semua faktor, nuansa, dan menghindari kesalahan yang mengganggu.

Aturan umum untuk memasang panel surya

Saat memasang panel surya, perlu mempertimbangkan 5 faktor, kombinasi yang pada akhirnya menentukan tempat dan metode pemasangan:

1. Disipasi panas
2. Bayangan
3. Orientasi
4. Lereng
5. Ketersediaan untuk layanan

Seperti disebutkan di atas, pembuangan panas memainkan peran penting dalam menjaga kinerja baterai. Sangat penting untuk meninggalkan celah ventilasi antara panel dan bidang pemasangan, dan semakin besar, semakin baik. Biasanya, saat memasang bingkai atau bingkai untuk memasang modul antara panel dan pesawat, 5-10 sentimeter dibiarkan. Ventilasi maksimum dipastikan saat dipasang pada rangka atau batang terpisah.

Bayangan apa pun yang jatuh pada baterai dari pohon atau bangunan "mematikan" sel yang diarsir, yang mempercepat degradasi modul kristal tunggal yang mahal dan sepenuhnya menghentikan pembangkit listrik dalam modul polikristalin. Pabrikan menawarkan berbagai cara untuk meminimalkan risiko "hot spot" akibat gangguan sirkuit listrik, yang harus dipertimbangkan saat membeli. Tetapi lebih baik memasang baterai sedemikian rupa sehingga bayangan "keras" tidak dapat menimpanya dengan cara apa pun. Bayangan "lembut" karena kabut, awan, atau kabut asap tidak membahayakan baterai, hanya mengurangi keluaran daya.

Anda perlu mengarahkan baterai ke selatan - sehingga insolasi akan maksimal. Semua metode instalasi lainnya adalah kompromi, dan lebih baik tidak mempertimbangkannya. Tidak masuk akal untuk menghabiskan puluhan ribu rubel untuk pembelian modul, tetapi tidak masuk akal untuk mengarahkan baterai tidak ke matahari. Peta insolasi untuk berbagai wilayah Federasi Rusia diterbitkan di Internet dan tersedia untuk umum. Jalur tengah Rusia terutama terletak di zona insolasi ke-2, di mana dari 1 sq. meter modul surya ideal yang terpasang dengan baik dapat menghasilkan hingga 3 kWh / hari.

Ketersediaan baterai untuk pembersihan permukaan yang cepat memungkinkan Anda melakukan operasi sederhana ini tanpa melibatkan spesialis.Di musim dingin, permukaan harus dibebaskan dari salju, di musim panas - dari debu dan kotoran yang disebabkan oleh angin dan hujan. Jika ada objek yang sedang dibangun di dekatnya, maka permukaan modul harus dibersihkan setiap hari. Cara termudah untuk melakukannya adalah dengan semburan air dari selang atau sikat pembersih jendela apa pun.

Bagaimana mencapai efisiensi maksimum

Saat membeli panel surya untuk rumah Anda, sangat penting untuk memilih desain yang dapat menyediakan daya yang cukup untuk rumah Anda. Diyakini bahwa efisiensi panel surya dalam cuaca mendung adalah sekitar 40 W per 1 meter persegi per jam.

Faktanya, dalam cuaca berawan, daya cahaya di permukaan tanah kira-kira 200 watt per meter persegi, tetapi 40% sinar matahari adalah radiasi infra merah, di mana panel surya tidak rentan. Perlu juga dipertimbangkan bahwa efisiensi baterai jarang melebihi 25%.

Terkadang energi dari sinar matahari yang intens dapat mencapai 500 W per meter persegi, tetapi perhitungan harus memperhitungkan angka minimum, yang akan membuat sistem catu daya otonom tidak terganggu.

Setiap hari matahari bersinar selama rata-rata 9 jam, jika kita mengambil rata-rata tahunan. Dalam satu hari, satu meter persegi permukaan konverter mampu menghasilkan 1 kilowatt listrik. Jika sekitar 20 kilowatt listrik dikonsumsi per hari oleh penghuni rumah, maka luas minimum panel surya harus sekitar 40 meter persegi.

Namun, indikator konsumsi listrik seperti itu dalam praktiknya jarang terjadi. Sebagai aturan, penyewa akan menggunakan hingga 10 kW per hari.

Jika kita berbicara tentang apakah panel surya berfungsi di musim dingin, maka perlu diingat bahwa saat ini durasi siang hari sangat berkurang, tetapi jika Anda menyediakan sistem dengan baterai yang kuat, maka energi yang diterima per hari harus cukup, dengan mempertimbangkan keberadaan baterai cadangan.

Saat memilih baterai surya, sangat penting untuk memperhatikan kapasitas baterai. Jika Anda membutuhkan panel surya yang bekerja di malam hari, maka kapasitas baterai cadangan memainkan peran penting. Selain itu, perangkat harus tahan terhadap pengisian daya yang sering.

Selain itu, perangkat harus tahan terhadap pengisian daya yang sering.

Terlepas dari kenyataan bahwa biaya pemasangan panel surya dapat melebihi 1 juta rubel, biayanya akan terbayar dalam beberapa tahun, karena energi matahari benar-benar gratis.

Bagaimana cara kerja baterai surya?

Semua makhluk hidup di bumi muncul berkat energi matahari. Setiap detik, sejumlah besar energi muncul ke permukaan planet ini dalam bentuk radiasi matahari. Sementara kita membakar ribuan ton batu bara dan produk minyak bumi untuk memanaskan rumah kita, negara-negara yang lebih dekat ke khatulistiwa merana karena panas. Menggunakan energi matahari untuk kebutuhan manusia adalah tugas yang layak bagi pikiran yang ingin tahu. Pada artikel ini, kami akan mempertimbangkan desain konverter langsung sinar matahari menjadi energi listrik - sel surya.

Wafer tipis terdiri dari dua lapisan silikon dengan sifat fisik yang berbeda. Lapisan dalam adalah silikon kristal tunggal murni dengan konduktivitas lubang. Di luar, itu ditutupi dengan lapisan silikon "terkontaminasi" yang sangat tipis, misalnya, dengan campuran fosfor.Kontak logam padat diterapkan ke sisi belakang pelat. Pada batas lapisan-n dan lapisan-p, sebagai akibat dari luapan muatan, zona terdeplesi terbentuk dengan muatan volume positif yang tidak terkompensasi di n-muatan negatif lapisan dan volume dalam lapisan-p. Zona-zona ini bersama-sama membentuk sambungan p-n.

Penghalang potensial yang muncul di persimpangan mencegah lewatnya pembawa muatan mayoritas, yaitu. elektron dari sisi lapisan-p, tetapi bebas melewati pembawa minor dalam arah yang berlawanan. Sifat sambungan p-n ini menentukan kemungkinan memperoleh ggl foto saat menyinari sel surya dengan sinar matahari. Ketika SC diterangi, foton yang diserap menghasilkan pasangan lubang elektron yang tidak seimbang. Elektron yang dibangkitkan pada lapisan p di dekat p-n junction mendekati p-n junction dan dibawa ke daerah n oleh medan listrik yang ada di dalamnya.

Demikian pula, kelebihan lubang yang dibuat di lapisan-n sebagian ditransfer ke lapisan-p. Akibatnya, lapisan-n memperoleh muatan negatif tambahan, dan lapisan-p memperoleh muatan positif. Perbedaan potensial kontak awal antara lapisan p dan n semikonduktor berkurang, dan tegangan muncul di sirkuit eksternal. Kutub negatif dari sumber arus sesuai dengan lapisan-n, dan lapisan-p dengan positif.

Sebagian besar sel surya modern memiliki sambungan p-n tunggal. Dalam elemen seperti itu, pembawa muatan bebas hanya dibuat oleh foton yang energinya lebih besar dari atau sama dengan celah pita. Dengan kata lain, respons fotolistrik sel sambungan tunggal terbatas pada bagian spektrum matahari yang energinya lebih tinggi dari celah pita, dan foton dengan energi lebih rendah tidak digunakan.Keterbatasan ini dapat diatasi dengan struktur multilayer dari dua atau lebih SC dengan celah pita yang berbeda. Elemen semacam itu disebut multi-junction, cascade atau tandem. Karena mereka bekerja dengan porsi spektrum matahari yang jauh lebih besar, mereka memiliki efisiensi konversi fotovoltaik yang lebih tinggi. Dalam sel surya multi-junction yang khas, fotosel tunggal disusun satu di belakang yang lain sehingga sinar matahari mengenai sel dengan celah pita terbesar terlebih dahulu, sedangkan foton dengan energi tertinggi diserap.

Baterai tidak bekerja dari sinar matahari, tetapi dari sinar matahari pada prinsipnya. Radiasi elektromagnetik mencapai bumi setiap saat sepanjang tahun. Hanya dalam cuaca berawan, lebih sedikit energi yang dihasilkan. Misalnya, kami memasang lampu bertenaga surya otonom. Tentu saja, ada periode singkat ketika baterai tidak punya waktu untuk terisi penuh. Tetapi secara umum, ini tidak sering terjadi selama musim dingin.

Menariknya, bahkan jika salju turun di panel surya, ia masih terus mengubah energi matahari. Dan karena fakta bahwa fotosel memanas, salju itu sendiri mencair. Prinsipnya sama dengan memanaskan kaca mobil.

Cuaca musim dingin yang sempurna untuk baterai surya hari tanpa awan yang membekukan. Kadang-kadang pada hari-hari seperti itu bahkan catatan generasi dapat diatur.

Di musim dingin, efisiensi panel surya turun. Di Moskow dan wilayah Moskow, rata-rata, menghasilkan listrik 8 kali lebih sedikit per bulan. Katakanlah, jika di musim panas pengoperasian lemari es, komputer, dan penerangan di atas kepala rumah membutuhkan energi 1 kW, maka di musim dingin lebih baik menyimpan 2 kW untuk keandalan.

Pada saat yang sama, di Timur Jauh, durasi sinar matahari lebih lama, efisiensinya berkurang hanya satu setengah hingga dua kali lipat. Dan, tentu saja, semakin jauh ke selatan, semakin kecil perbedaan antara musim dingin dan musim panas.

Sudut kemiringan modul juga penting. Anda dapat mengatur sudut universal sepanjang tahun. Dan Anda dapat berubah setiap saat, tergantung musim. Ini tidak dilakukan oleh pemilik rumah, tetapi oleh spesialis yang mengunjungi situs.

Opsi koneksi surya

Panel surya terdiri dari beberapa panel individu. Untuk meningkatkan parameter keluaran sistem dalam bentuk daya, tegangan dan arus, elemen-elemen dihubungkan satu sama lain, menerapkan hukum fisika.

Sambungan beberapa panel satu sama lain dapat dilakukan menggunakan salah satu dari tiga skema pemasangan panel surya:

• paralel;
• konsisten;
• Campuran.

Sirkuit paralel melibatkan menghubungkan terminal dengan nama yang sama satu sama lain, di mana elemen memiliki dua simpul konvergensi konduktor yang sama dan percabangannya.

Dengan rangkaian paralel, plus terhubung ke plus, dan minus ke minus, akibatnya arus keluaran meningkat, dan tegangan keluaran tetap dalam 12 volt

Nilai arus keluaran maksimum yang mungkin dalam rangkaian paralel berbanding lurus dengan jumlah elemen yang terhubung. Prinsip-prinsip untuk menghitung kuantitas diberikan dalam artikel yang kami rekomendasikan.

Sirkuit serial melibatkan koneksi kutub yang berlawanan: "plus" dari panel pertama ke "minus" yang kedua. Sisa "plus" yang tidak terpakai dari panel kedua dan "minus" baterai pertama dihubungkan ke pengontrol yang terletak lebih jauh di sepanjang sirkuit.

Jenis koneksi ini menciptakan kondisi untuk aliran arus listrik, di mana hanya ada satu cara untuk mentransfer pembawa energi dari sumber ke konsumen.

Dengan koneksi serial, tegangan output meningkat dan mencapai 24 volt, yang cukup untuk menyalakan peralatan portabel, lampu LED, dan beberapa penerima listrik.

Rangkaian seri-paralel atau campuran paling sering digunakan bila perlu untuk menghubungkan beberapa kelompok baterai. Dengan menerapkan rangkaian ini, baik tegangan dan arus dapat ditingkatkan pada output.

Dengan skema koneksi seri-paralel, tegangan keluaran mencapai tanda, karakteristik yang paling cocok untuk menyelesaikan sebagian besar tugas rumah tangga

Opsi ini juga bermanfaat dalam arti bahwa jika terjadi kegagalan salah satu elemen struktural sistem, rantai penghubung lainnya terus berfungsi. Ini secara signifikan meningkatkan keandalan seluruh sistem.

Galeri Gambar

Foto dari

Menghubungkan Sel Surya

Jumlah panel tergantung kebutuhan

Koneksi serial peralatan surya

Koneksi langsung ke perlengkapan pencahayaan

Prinsip merakit sirkuit gabungan didasarkan pada kenyataan bahwa perangkat dalam setiap kelompok dihubungkan secara paralel. Dan koneksi semua grup dalam satu sirkuit dilakukan secara berurutan.

Dengan menggabungkan berbagai jenis koneksi, tidak akan sulit untuk merakit baterai dengan parameter yang diperlukan. Hal utama adalah bahwa jumlah sel yang terhubung harus sedemikian rupa sehingga tegangan operasi yang disuplai ke baterai, dengan mempertimbangkan penurunannya di sirkuit pengisian, melebihi tegangan baterai itu sendiri, dan arus beban baterai pada saat yang sama. waktu menyediakan jumlah arus pengisian yang diperlukan.