La conversion efficace des rayons du soleil libres en énergie pouvant être utilisée pour alimenter les logements et autres installations est un rêve chéri de nombreux apologistes de l'énergie verte.
Mais le principe de fonctionnement de la batterie solaire, et son efficacité sont tels qu'il n'est pas nécessaire de parler de la haute efficacité de tels systèmes. Ce serait bien d'avoir votre propre source supplémentaire d'électricité. N'est-ce pas? De plus, même aujourd'hui en Russie, avec l'aide de panneaux solaires, un nombre considérable de ménages privés sont alimentés avec succès en électricité «gratuite». Vous ne savez toujours pas par où commencer?
Ci-dessous, nous vous parlerons de l'appareil et des principes de fonctionnement du panneau solaire, vous découvrirez de quoi dépend l'efficacité du système solaire. Et les vidéos publiées dans l'article aideront à assembler personnellement le panneau solaire à partir de photocellules.
Panneaux solaires: terminologie
Dans le sujet de "l'énergie solaire", il y a beaucoup de nuances et de confusion. Il est souvent difficile pour les débutants de comprendre tous les termes inconnus au début. Mais sans cela, s'engager dans l'énergie solaire, acquérir des équipements pour générer du courant «solaire», est déraisonnable.
Sans le savoir, vous pouvez non seulement choisir le mauvais panneau, mais simplement le graver lorsqu'il est connecté ou en extraire trop peu d'énergie.
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L'installation à partir de panneaux solaires vous permet d'utiliser rationnellement l'énergie gratuite et inépuisable du soleil
Les centrales électriques miniatures assemblées à partir de panneaux solaires fourniront de l'énergie aux objets et aux maisons non électrifiés situés dans des régions où l'alimentation électrique est interrompue
Les installations qui transforment le rayonnement UV en électricité occupent un minimum d'espace. ils sont situés sur les toits des maisons, dépendances, garages, tonnelles, vérandas. Plus rarement, ils sont situés dans des zones ouvertes non occupées par des bâtiments et des plantations.
Les panneaux solaires sont un équipement indispensable pour les amateurs de voyages. Il fournira de l'énergie loin des sources d'énergie
L'utilisation de l'énergie solaire permettra de réduire considérablement le coût d'entretien des chalets d'été et des maisons de campagne. vous pouvez assembler et installer un système rentable sans difficulté de vos propres mains
Les panneaux solaires situés à l'arrière du yacht, le pont du navire ou la proue du bateau fourniront de l'énergie électrique, grâce à laquelle il est possible de maintenir une communication stable avec le rivage
Un panneau solaire portable avec une batterie élimine les situations extrêmes loin des colonies, garantit la charge des appareils mobiles pour communiquer avec les proches
Des chargeurs légers, compacts et à énergie solaire spécialement conçus pour la randonnée alimenteront les téléphones, les talkies-walkies, les tablettes et la technologie multimédia
Utilisation rationnelle des ressources naturelles
Fourniture d'énergie aux installations non électrifiées
Installation de panneaux solaires sur le toit
Batterie solaire mobile de camping
Installation indépendante en banlieue
Groupe électrogène dans les excursions en bateau
Panneau solaire portable avec batterie
Appareil peu encombrant
Vous devez d'abord comprendre les types d'équipements existants pour l'énergie solaire. Les panneaux solaires et les capteurs solaires sont deux appareils fondamentalement différents. Les deux transforment l'énergie des rayons du soleil.
Cependant, dans le premier cas, le consommateur reçoit de l'énergie électrique à la sortie, et dans le second cas, l'énergie thermique sous la forme d'un liquide de refroidissement chauffé, c'est-à-dire Les panneaux solaires sont utilisés pour chauffer une maison.
Le rendement maximal du panneau solaire ne peut être obtenu qu'en sachant comment il fonctionne, de quels composants et composants il se compose et comment tout se connecte correctement
La deuxième nuance est le concept du terme «batterie solaire» lui-même. En règle générale, le mot «batterie» fait référence à une sorte de dispositif de stockage d'énergie. Ou un radiateur de chauffage banal vient à l'esprit. Cependant, dans le cas des batteries solaires, la situation est radicalement différente. Ils n'accumulent rien en eux-mêmes.
Le panneau solaire génère un courant électrique constant. Pour le convertir en variable (utilisée dans la vie de tous les jours), un onduleur doit être présent dans le circuit
Les panneaux solaires sont conçus exclusivement pour générer du courant électrique. Celui-ci, à son tour, s'accumule pour alimenter la maison en électricité la nuit, lorsque le soleil se couche à l'horizon, déjà dans les batteries présentes en plus du schéma d'alimentation en énergie de l'objet.
La batterie est ici impliquée dans le contexte d'une certaine combinaison du même type de composants assemblés en un seul ensemble. En fait, ce n'est qu'un panneau de plusieurs photocellules identiques.
La structure interne de la batterie solaire
Progressivement, les panneaux solaires deviennent moins chers et plus efficaces. Maintenant, ils sont utilisés pour recharger les batteries dans les lampadaires, les smartphones, les voitures électriques, les maisons privées et les satellites dans l'espace. Parmi ceux-ci, ils ont même commencé à construire des centrales solaires à part entière (SES) avec de grands volumes de production.
La batterie solaire se compose de nombreuses photocellules (convertisseurs photovoltaïques de cellules photovoltaïques), qui convertissent l'énergie des photons du soleil en électricité
Chaque batterie solaire est agencée comme un bloc d'un nième nombre de modules qui combinent des photocellules semi-conductrices connectées en série. Pour comprendre les principes de fonctionnement d'une telle batterie, il est nécessaire de comprendre le fonctionnement de cette dernière liaison dans le dispositif de panneau solaire créé à base de semi-conducteurs.
Types de cristaux de photocellules
Il existe de nombreuses options pour les cellules solaires à partir de différents éléments chimiques. Cependant, la plupart d'entre eux sont en cours de développement au stade initial. Jusqu'à présent, seuls des panneaux de cellules solaires à base de silicium sont actuellement produits à l'échelle industrielle.
Les semi-conducteurs au silicium sont utilisés dans la fabrication de cellules solaires en raison de leur faible coût; ils ne peuvent pas se targuer d'une efficacité particulièrement élevée
Une cellule solaire commune dans un panneau solaire est une fine plaque de deux couches de silicium, chacune ayant ses propres propriétés physiques. Il s'agit d'une jonction pn semi-conductrice classique avec des paires électron-trou.
Lorsque les photons pénètrent dans la PEC entre ces couches du semi-conducteur en raison de l'inhomogénéité du cristal, une grille photoélectrique est formée, entraînant une différence de potentiel et un courant d'électrons.
Les tranches de silicium des cellules solaires diffèrent dans la technologie de fabrication pour:
- Monocristallin.
- Polycristallin.
Les premiers ont une efficacité plus élevée, mais le coût de leur production est plus élevé que celui des seconds. Extérieurement, une option d'une autre sur le panneau solaire peut être distinguée par sa forme.
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Hélio-centrale électrique en banlieue
Cellules solaires monocristallines
Apparition de cellules solaires sur monocristaux
Unité solaire monocristalline
Fourniture de panneaux solaires prêts à installer
Cellule solaire polycristalline
Batterie de cellules solaires polycristallines
Fabrication de cellules solaires DIY
Les PEC monocristallins ont une structure homogène; ils sont réalisés sous forme de carrés avec des coins coupés. En revanche, les éléments polycristallins ont une forme strictement carrée.
Les polycristaux sont obtenus en refroidissant progressivement le silicium fondu. Cette méthode est extrêmement simple, de telles photocellules sont donc peu coûteuses.
Mais la productivité en termes de production d'électricité à partir du soleil dépasse rarement 15%. Cela est dû à «l'impureté» des tranches de silicium obtenues et à leur structure interne. Ici, plus la couche de silicium est pure, plus l'efficacité de la PEC est élevée.
La pureté des monocristaux à cet égard est beaucoup plus élevée que celle des analogues polycristallins. Ils ne sont pas fabriqués à partir de fusion, mais à partir d'un cristal de silicium entier cultivé artificiellement. Le coefficient de conversion photovoltaïque de ces cellules solaires atteint déjà 20-22%.
Dans un module commun, les photocellules individuelles sont assemblées sur un cadre en aluminium et pour les protéger du dessus, elles sont recouvertes de verre durable, qui n'interfère pas du tout avec la lumière du soleil
La couche supérieure de la plaque de cellule solaire face au soleil est constituée du même silicium, mais avec l'ajout de phosphore. C'est ce dernier qui sera la source des excès d'électrons dans le système de jonction pn.
Le développement de panneaux flexibles en silicium photoélectrique amorphe est devenu une véritable avancée dans le domaine de l'utilisation de l'énergie solaire:
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Option solaire flexible
Autocollant photocellule flexible sur les stores
Chargeur de téléphone portable flexible
Résistant aux contraintes mécaniques
Le principe de fonctionnement du panneau solaire
Lorsque la lumière du soleil tombe sur une cellule photoélectrique, des paires électron-trou hors équilibre y sont générées. Les électrons en excès et les "trous" sont partiellement transférés à travers la jonction pn d'une couche semi-conductrice à une autre.
En conséquence, la tension apparaît dans le circuit externe. Dans ce cas, un pôle positif de la source de courant est formé au contact de la couche p, et un pôle négatif au niveau de la couche n.
La différence de potentiel (tension) entre les contacts de la photocellule apparaît en raison d'un changement du nombre de «trous» et d'électrons de différents côtés de la jonction p-n à la suite de l'irradiation de la couche n par les rayons solaires
Les photocellules connectées à une charge externe sous forme de batterie forment avec elle un cercle vicieux. En conséquence, le panneau solaire fonctionne comme une sorte de roue le long de laquelle les électrons «courent» le long des protéines. Et la batterie rechargeable gagne progressivement en charge.
Les cellules photovoltaïques au silicium standard sont des cellules à jonction unique. Le transfert d'électrons en eux ne se produit que par une seule jonction p-n avec une zone de cette transition limitée en énergie photonique.
C'est-à-dire que chacune de ces photocellules est capable de générer de l'électricité uniquement à partir d'un spectre étroit de rayonnement solaire. Toute autre énergie est gaspillée. Par conséquent, l'efficacité des cellules solaires est si faible.
Pour augmenter l'efficacité des cellules solaires, des éléments semi-conducteurs en silicium ont été récemment créés pour eux en multi-jonction (cascade). Il y a déjà plusieurs transitions dans le nouveau FEP. De plus, chacun d'eux dans cette cascade est conçu pour son propre spectre de lumière solaire.
L'efficacité totale de la conversion des photons en courant électrique dans de telles photocellules augmente finalement. Mais leur prix est beaucoup plus élevé. Ici, soit la facilité de fabrication à faible coût et à faible efficacité, soit des rendements plus élevés couplés à un coût élevé.
La batterie solaire peut fonctionner à la fois en été et en hiver (elle a besoin de lumière, pas de chaleur) - moins la nébulosité et le soleil brillent, plus le panneau solaire génère un courant électrique
Pendant le fonctionnement, la cellule photoélectrique et toute la batterie se réchauffent progressivement. Toute l'énergie qui n'est pas allée à la génération de courant électrique est transformée en chaleur. Souvent, la température à la surface de l'héliopanel monte à 50–55 ° С. Mais plus elle est élevée, moins la cellule photovoltaïque fonctionne efficacement.
En conséquence, le même modèle de batterie solaire génère moins de courant en chaleur qu'en temps froid. Les photocellules montrent une efficacité maximale par une journée d'hiver claire. Deux facteurs affectent cela - beaucoup de soleil et de refroidissement naturel.
De plus, si la neige tombe sur le panneau, elle continuera de toute façon à produire de l'électricité. De plus, les flocons de neige n'ont même pas le temps de s'y allonger, fondus par la chaleur des photocellules chauffées.
Efficacité de la batterie solaire
Une cellule photoélectrique, même à midi par temps clair, fournit un peu d'électricité, juste assez pour que la lampe de poche LED fonctionne.
Pour augmenter la puissance de sortie, plusieurs cellules solaires sont combinées dans un circuit parallèle pour augmenter la tension continue et en série pour augmenter la force du courant.
L'efficacité des panneaux solaires dépend de:
- la température de l'air et la batterie elle-même;
- la sélection correcte de la résistance de charge;
- angle d'incidence de la lumière du soleil;
- présence / absence de revêtement antireflet;
- puissance d'un flux lumineux.
Plus la température extérieure est basse, plus les photocellules et la batterie solaire dans leur ensemble sont efficaces. Ici, tout est simple. Mais avec le calcul de la charge, la situation est plus compliquée. Il doit être sélectionné en fonction du courant généré par le panneau. Mais sa valeur varie en fonction des facteurs météorologiques.
Les héliopanels sont fabriqués avec une tension de sortie multiple de 12 V - si 24 V sont nécessaires pour la batterie, alors deux panneaux devront y être connectés en parallèle
Il est problématique de surveiller en permanence les paramètres de la batterie solaire et d'ajuster manuellement son fonctionnement. Pour ce faire, il est préférable d'utiliser un contrôleur de contrôle, qui ajuste automatiquement les paramètres du panneau solaire lui-même afin d'obtenir des performances maximales et des modes de fonctionnement optimaux.
L'angle d'incidence idéal des rayons du soleil sur la cellule solaire est droit. Cependant, lorsque l'écart est à moins de 30 degrés de la perpendiculaire, l'efficacité du panneau ne chute que d'environ 5%. Mais avec une nouvelle augmentation de cet angle, une proportion croissante du rayonnement solaire sera réfléchie, réduisant ainsi l'efficacité des cellules solaires.
Si la batterie doit fournir un maximum d'énergie en été, elle doit être orientée perpendiculairement à la position moyenne du Soleil, qu'elle occupe les jours de l'équinoxe au printemps et en automne.
Pour la région de Moscou, elle se situe à environ 40–45 degrés par rapport à l'horizon. Si le maximum est nécessaire en hiver, le panneau doit être placé dans une position plus verticale.
Et encore une chose - la poussière et la saleté réduisent considérablement les performances des cellules solaires. Les photons traversant une telle barrière "sale" ne les atteignent tout simplement pas, ce qui signifie qu'il n'y a rien à convertir en électricité. Les panneaux doivent être lavés régulièrement ou placés de manière à ce que la poussière soit éliminée par la pluie par elle-même.
Certaines cellules solaires ont des lentilles intégrées pour concentrer le rayonnement sur les cellules solaires. Par temps clair, cela conduit à une efficacité accrue. Cependant, avec une forte couverture nuageuse, ces lentilles ne font que nuire.
Si un panneau conventionnel dans une telle situation continue de générer du courant, bien qu'en volumes plus petits, le modèle d'objectif cessera de fonctionner presque complètement.
Idéalement, le soleil d'une batterie de cellules solaires doit être éclairé uniformément. Si l'une de ses sections se révèle obscurcie, alors le PEC éteint se transforme en charge parasite. Dans cette situation, non seulement ils ne génèrent pas d'énergie, mais ils la prennent également des éléments de travail.
Les panneaux doivent être installés de sorte qu'il n'y ait pas d'arbres, de bâtiments ou d'autres obstacles sur le chemin des rayons du soleil.
Schéma électrique de la maison du soleil
Le système d'énergie solaire comprend:
- Panneaux solaires.
- Manette.
- Batteries
- Onduleur (transformateur).
Le contrôleur de ce circuit protège les panneaux solaires et les batteries. D'une part, il empêche les courants inverses de circuler la nuit et par temps nuageux, et d'autre part, il protège les batteries d'une charge / décharge excessive.
Les batteries pour panneaux solaires doivent être sélectionnées de la même manière en termes d'âge et de capacité, sinon la charge / décharge se produira de manière inégale, ce qui entraînera une forte diminution de leur durée de vie
Pour convertir un courant continu de 12, 24 ou 48 volts en 220 volts alternatifs, un onduleur est nécessaire.Il n'est pas recommandé d'utiliser des batteries de voiture dans un tel système en raison de leur incapacité à supporter des surcharges fréquentes. Il est préférable de dépenser de l'argent et d'acheter des batteries spéciales AGM à l'hélium ou des batteries OPzS en gelée.
Les principes de fonctionnement et le schéma de connexion des panneaux solaires ne sont pas trop compliqués à comprendre. Et avec le matériel vidéo que nous avons collecté ci-dessous, il sera encore plus facile de comprendre toutes les subtilités du fonctionnement et de l'installation des panneaux solaires.
Il est accessible et compréhensible comment fonctionne la batterie solaire photovoltaïque, dans tous les détails:
Comment les panneaux solaires sont disposés, voir la vidéo suivante:
Assemblage DIY d'un panneau solaire à partir de photocellules:
Chaque élément du système d'alimentation solaire du chalet doit être sélectionné correctement. Des pertes de puissance inévitables se produisent sur les batteries, les transformateurs et le contrôleur. Et ils doivent être réduits au minimum, sinon l'efficacité suffisamment faible des panneaux solaires sera réduite à zéro en général.
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