Η αποτελεσματική μετατροπή των ελεύθερων ακτίνων του ήλιου σε ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία κατοικιών και άλλων εγκαταστάσεων είναι το αγαπημένο όνειρο πολλών απολογητών της πράσινης ενέργειας.

Αλλά η αρχή λειτουργίας της ηλιακής μπαταρίας και η απόδοσή της είναι τέτοια που δεν χρειάζεται να μιλήσουμε για την υψηλή απόδοση τέτοιων συστημάτων ακόμα. Θα ήταν ωραίο να έχετε τη δική σας πρόσθετη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Δεν είναι? Επιπλέον, ακόμη και σήμερα στη Ρωσία, με τη βοήθεια ηλιακών συλλεκτών, ένας σημαντικός αριθμός ιδιωτικών νοικοκυριών τροφοδοτείται επιτυχώς με «δωρεάν» ηλεκτρική ενέργεια. Ακόμα δεν ξέρετε από πού να ξεκινήσετε;

Παρακάτω θα σας πούμε για τον σχεδιασμό και τις αρχές λειτουργίας ενός ηλιακού πάνελ, θα μάθετε από τι εξαρτάται η απόδοση ενός ηλιακού συστήματος. Και τα βίντεο που δημοσιεύονται στο άρθρο θα σας βοηθήσουν να συναρμολογήσετε ένα ηλιακό πάνελ από φωτοκύτταρα με τα χέρια σας.

Υπάρχουν πολλές αποχρώσεις και σύγχυση στο θέμα της "ηλιακής ενέργειας". Συχνά είναι δύσκολο για τους αρχάριους να καταλάβουν όλους τους άγνωστους όρους στην αρχή. Αλλά χωρίς αυτό, δεν είναι λογικό να ασχολούμαστε με την ηλιακή ενέργεια, αγοράζοντας εξοπλισμό για την παραγωγή «ηλιακού» ρεύματος.

Εν αγνοία σας, μπορείτε όχι μόνο να επιλέξετε λάθος πίνακα, αλλά και απλά να το κάψετε όταν το συνδέετε ή να εξάγετε πολύ λίγη ενέργεια από αυτό.

Η μέγιστη απόδοση από ένα ηλιακό πάνελ μπορεί να επιτευχθεί μόνο αν γνωρίζουμε πώς λειτουργεί, από ποια εξαρτήματα και συγκροτήματα αποτελείται και πώς είναι όλα σωστά συνδεδεμένα

Αρχικά, θα πρέπει να κατανοήσετε τους υπάρχοντες τύπους εξοπλισμού για την ηλιακή ενέργεια. Τα ηλιακά πάνελ και οι ηλιακοί συλλέκτες είναι δύο θεμελιωδώς διαφορετικές συσκευές. Και οι δύο μεταμορφώνουν την ενέργεια των ακτίνων του ήλιου.

Ωστόσο, στην πρώτη περίπτωση, ο καταναλωτής λαμβάνει ηλεκτρική ενέργεια στην έξοδο και στη δεύτερη, θερμική ενέργεια με τη μορφή θερμαινόμενου ψυκτικού.

Η δεύτερη απόχρωση είναι η έννοια του όρου "ηλιακή μπαταρία". Συνήθως, η λέξη "μπαταρία" αναφέρεται σε κάποιο είδος ηλεκτρικής συσκευής αποθήκευσης. Ή ένα μπανάλ καλοριφέρ θέρμανσης έρχεται στο μυαλό. Ωστόσο, στην περίπτωση των ηλιακών μπαταριών η κατάσταση είναι ριζικά διαφορετική. Δεν συσσωρεύουν τίποτα στον εαυτό τους.

Το ηλιακό πάνελ παράγει σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα. Για να το μετατρέψετε σε μεταβλητό (που χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή), πρέπει να υπάρχει ένας μετατροπέας στο κύκλωμα

Τα ηλιακά πάνελ έχουν σχεδιαστεί αποκλειστικά για παραγωγή ηλεκτρικό ρεύμα. Με τη σειρά του, συσσωρεύεται για να τροφοδοτεί το σπίτι με ηλεκτρισμό τη νύχτα, όταν ο ήλιος πέφτει κάτω από τον ορίζοντα, ήδη στις μπαταρίες που υπάρχουν επιπλέον στο κύκλωμα παροχής ενέργειας της εγκατάστασης.

Η μπαταρία εδώ εννοείται στο πλαίσιο ενός συγκεκριμένου συνόλου παρόμοιων εξαρτημάτων που συναρμολογούνται σε ένα ενιαίο σύνολο. Στην πραγματικότητα, είναι απλώς ένα πάνελ από πολλά πανομοιότυπα φωτοκύτταρα.

Εσωτερική δομή μιας ηλιακής μπαταρίας

Σταδιακά, τα ηλιακά πάνελ γίνονται φθηνότερα και πιο αποτελεσματικά. Τώρα χρησιμοποιούνται για την επαναφόρτιση μπαταριών σε λαμπτήρες δρόμου, smartphone, ηλεκτρικά αυτοκίνητα, ιδιωτικές κατοικίες και σε δορυφόρους στο διάστημα. Άρχισαν μάλιστα να κατασκευάζουν πλήρεις σταθμούς ηλιακής ενέργειας (SPP) με μεγάλους όγκους παραγωγής.

Μια ηλιακή μπαταρία αποτελείται από πολλά φωτοκύτταρα (φωτοηλεκτρικοί μετατροπείς) που μετατρέπουν την ενέργεια των φωτονίων από τον ήλιο σε ηλεκτρική

Κάθε ηλιακή μπαταρία έχει σχεδιαστεί ως ένα μπλοκ ενός συγκεκριμένου αριθμού μονάδων, που συνδυάζουν φωτοκύτταρα ημιαγωγών συνδεδεμένα σε σειρά. Για να κατανοήσουμε τις αρχές λειτουργίας μιας τέτοιας μπαταρίας, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τη λειτουργία αυτού του τελικού συνδέσμου στη συσκευή ηλιακού πάνελ, που δημιουργήθηκε με βάση ημιαγωγούς.

Τύποι κρυστάλλων φωτοκυττάρων

Υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός επιλογών FEP που κατασκευάζονται από διαφορετικά χημικά στοιχεία. Ωστόσο, τα περισσότερα από αυτά είναι εξελίξεις στα αρχικά στάδια. Μέχρι στιγμής, μόνο πάνελ κατασκευασμένα από φωτοβολταϊκά στοιχεία πυριτίου παράγονται επί του παρόντος σε βιομηχανική κλίμακα.

Οι ημιαγωγοί πυριτίου χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ηλιακών κυψελών λόγω του χαμηλού κόστους τους

Ένα τυπικό φωτοκύτταρο σε ένα ηλιακό πάνελ είναι μια λεπτή γκοφρέτα κατασκευασμένη από δύο στρώματα πυριτίου, καθένα από τα οποία έχει τις δικές του φυσικές ιδιότητες. Αυτή είναι μια κλασική σύνδεση p-n ημιαγωγών με ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών.

Όταν τα φωτόνια χτυπούν το φωτοβολταϊκό στοιχείο ανάμεσα σε αυτά τα στρώματα ημιαγωγών, λόγω της ανομοιογένειας του κρυστάλλου, σχηματίζεται ένα φωτο-EMF πύλης, με αποτέλεσμα διαφορά δυναμικού και ρεύμα ηλεκτρονίων.

Οι γκοφρέτες πυριτίου των ηλιακών κυψελών διαφέρουν στην τεχνολογία κατασκευής σε:

1. Μονοκρυσταλλικό.
2. Πολυκρυσταλλικό.

Τα πρώτα έχουν υψηλότερη απόδοση, αλλά το κόστος παραγωγής τους είναι υψηλότερο από αυτό των δεύτερων. Εξωτερικά, μια επιλογή μπορεί να διακρίνεται από την άλλη σε ένα ηλιακό πάνελ από το σχήμα της.

Τα μονοκρυσταλλικά ηλιακά κύτταρα έχουν ομοιογενή δομή, είναι κατασκευασμένα με τη μορφή τετραγώνων με κομμένες γωνίες. Αντίθετα, τα πολυκρυσταλλικά στοιχεία έχουν αυστηρά τετράγωνο σχήμα.

Οι πολυκρυστάλλοι λαμβάνονται με σταδιακή ψύξη του τηγμένου πυριτίου. Αυτή η μέθοδος είναι εξαιρετικά απλή, γι' αυτό και τέτοια φωτοκύτταρα είναι φθηνά.

Όμως η παραγωγικότητά τους όσον αφορά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ηλιακές ακτίνες σπάνια ξεπερνά το 15%. Αυτό οφείλεται στην «ακαθαρσία» των προκυπτόντων πλακών πυριτίου και στην εσωτερική τους δομή. Εδώ, όσο πιο καθαρό είναι το στρώμα p-πυριτίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση του ηλιακού κυττάρου από αυτό.

Η καθαρότητα των μονοκρυστάλλων από αυτή την άποψη είναι πολύ υψηλότερη από αυτή των πολυκρυσταλλικών αναλόγων. Κατασκευάζονται όχι από λιωμένο, αλλά από τεχνητά αναπτυγμένο στερεό κρύσταλλο πυριτίου. Ο συντελεστής φωτοηλεκτρικής μετατροπής τέτοιων ηλιακών κυψελών φτάνει ήδη το 20-22%.

Τα μεμονωμένα φωτοκύτταρα συναρμολογούνται σε μια κοινή μονάδα σε πλαίσιο αλουμινίου και για την προστασία τους καλύπτονται από πάνω με ανθεκτικό γυαλί, το οποίο δεν παρεμβαίνει σε καμία περίπτωση στις ακτίνες του ήλιου

Το επάνω στρώμα της πλάκας φωτοκυττάρων που βλέπει προς τον ήλιο είναι κατασκευασμένο από το ίδιο πυρίτιο, αλλά με την προσθήκη φωσφόρου. Είναι το τελευταίο που θα είναι η πηγή της περίσσειας ηλεκτρονίων στο σύστημα διασταύρωσης pn.

Αρχή λειτουργίας ηλιακού πάνελ

Όταν το ηλιακό φως πέφτει σε ένα φωτοκύτταρο, δημιουργούνται σε αυτό ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών χωρίς ισορροπία. Η περίσσεια ηλεκτρονίων και οπών μεταφέρονται εν μέρει μέσω της διασταύρωσης pn από το ένα στρώμα του ημιαγωγού στο άλλο.

Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται τάση στο εξωτερικό κύκλωμα. Σε αυτή την περίπτωση, ένας θετικός πόλος της πηγής ρεύματος σχηματίζεται στην επαφή του στρώματος p και ένας αρνητικός πόλος στην επαφή του στρώματος n.

Η διαφορά δυναμικού (τάση) μεταξύ των επαφών του φωτοκυττάρου εμφανίζεται λόγω της αλλαγής του αριθμού των "οπών" και των ηλεκτρονίων σε διαφορετικές πλευρές της ένωσης p-n ως αποτέλεσμα της ακτινοβολίας της n-στιβάδας με ηλιακές ακτίνες

Τα φωτοκύτταρα που συνδέονται με ένα εξωτερικό φορτίο με τη μορφή μπαταρίας σχηματίζουν έναν φαύλο κύκλο μαζί του. Ως αποτέλεσμα, το ηλιακό πάνελ λειτουργεί σαν ένα είδος τροχού κατά μήκος του οποίου τα ηλεκτρόνια «τρέχουν» μαζί μεταξύ των πρωτεϊνών. Και η μπαταρία σταδιακά αποκτά φόρτιση.

Οι τυπικοί φωτοβολταϊκοί μετατροπείς πυριτίου είναι κυψέλες μονής διασταύρωσης. Η ροή των ηλεκτρονίων σε αυτά συμβαίνει μόνο μέσω μιας σύνδεσης p-n με μια ζώνη αυτής της μετάβασης περιορισμένης σε ενέργεια φωτονίων.

Δηλαδή, κάθε τέτοιο φωτοκύτταρο είναι ικανό να παράγει ηλεκτρική ενέργεια μόνο από ένα στενό φάσμα ηλιακής ακτινοβολίας. Όλη η άλλη ενέργεια χάνεται. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η απόδοση του FEP είναι τόσο χαμηλή.

Για να αυξηθεί η απόδοση των ηλιακών κυψελών, είναι τα στοιχεία ημιαγωγών πυριτίου για αυτά Πρόσφαταάρχισε να γίνεται πολυκόμβος (καταρράκτης). Υπάρχουν ήδη αρκετές μεταβάσεις στα νέα ηλιακά κύτταρα. Επιπλέον, καθένα από αυτά σε αυτόν τον καταρράκτη έχει σχεδιαστεί για το δικό του φάσμα ηλιακού φωτός.

Η συνολική απόδοση της μετατροπής φωτονίων σε ηλεκτρικό ρεύμα για τέτοια φωτοκύτταρα τελικά αυξάνεται. Αλλά η τιμή τους είναι πολύ υψηλότερη. Εδώ, είτε ευκολία κατασκευής με χαμηλό κόστος και χαμηλή απόδοση, είτε υψηλότερες αποδόσεις σε συνδυασμό με υψηλό κόστος.

Το ηλιακό πάνελ μπορεί να λειτουργήσει τόσο το καλοκαίρι όσο και το χειμώνα (χρειάζεται φως, όχι θερμότητα) - όσο λιγότερο νεφελώδης και όσο πιο λαμπερός λάμπει ο ήλιος, τόσο περισσότερο ηλεκτρικό ρεύμα θα παράγει το ηλιακό πάνελ

Κατά τη λειτουργία, το φωτοκύτταρο και ολόκληρη η μπαταρία θερμαίνονται σταδιακά. Όλη η ενέργεια που δεν χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος μετατρέπεται σε θερμότητα. Συχνά η θερμοκρασία στην επιφάνεια του ηλιακού πάνελ ανεβαίνει στους 50–55 0 C. Αλλά όσο υψηλότερη είναι, τόσο λιγότερο αποδοτική λειτουργεί το φωτοβολταϊκό στοιχείο.

Ως αποτέλεσμα, το ίδιο μοντέλο ηλιακής μπαταρίας παράγει λιγότερο ρεύμα σε ζεστό καιρό παρά σε κρύο καιρό. Τα φωτοκύτταρα δείχνουν μέγιστη απόδοση σε μια καθαρή χειμωνιάτικη μέρα. Υπάρχουν δύο παράγοντες που παίζουν εδώ - πολύς ήλιος και φυσική ψύξη.

Επιπλέον, εάν πέσει χιόνι στον πίνακα, θα συνεχίσει να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Επιπλέον, οι νιφάδες χιονιού δεν θα έχουν καν χρόνο να ξαπλώσουν πολύ πάνω του, αφού έχουν λιώσει από τη θερμότητα των θερμαινόμενων φωτοκυττάρων.

Απόδοση ηλιακής μπαταρίας

Ένα φωτοκύτταρο, ακόμη και το μεσημέρι με καθαρό καιρό, παράγει πολύ λίγη ηλεκτρική ενέργεια, αρκετή μόνο για τη λειτουργία ενός φακού LED.

Για να αυξηθεί η ισχύς εξόδου, πολλές ηλιακές κυψέλες συνδυάζονται σε ένα παράλληλο κύκλωμα για να αυξήσουν την τάση DC και σε ένα κύκλωμα σειράς για να αυξήσουν το ρεύμα.

Η απόδοση των ηλιακών συλλεκτών εξαρτάται από:

• θερμοκρασία του αέρα και της ίδιας της μπαταρίας.
• σωστή επιλογή αντίστασης φορτίου.
• γωνία πρόσπτωσης του ηλιακού φωτός.
• παρουσία/απουσία αντιανακλαστικής επίστρωσης.
• ισχύς φωτεινής ροής.

Όσο χαμηλότερη είναι η εξωτερική θερμοκρασία, τόσο πιο αποτελεσματικά λειτουργούν τα φωτοκύτταρα και η ηλιακή μπαταρία συνολικά. Όλα είναι απλά εδώ. Αλλά με τον υπολογισμό του φορτίου η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη. Θα πρέπει να επιλεγεί με βάση το ρεύμα που παρέχεται από τον πίνακα. Αλλά η αξία του ποικίλλει ανάλογα με τους καιρικούς παράγοντες.

Τα ηλιακά πάνελ παράγονται με τάση εξόδου που είναι πολλαπλάσιο των 12 V - εάν η μπαταρία πρέπει να τροφοδοτηθεί με 24 V, τότε δύο πάνελ θα πρέπει να συνδεθούν παράλληλα με αυτήν

Η συνεχής παρακολούθηση των παραμέτρων μιας ηλιακής μπαταρίας και η χειροκίνητη ρύθμιση της λειτουργίας της είναι προβληματική. Για να γίνει αυτό, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιήσετε έναν ελεγκτή ελέγχου, ο οποίος προσαρμόζει αυτόματα τις ρυθμίσεις του ηλιακού πάνελ προκειμένου να επιτύχετε τη μέγιστη απόδοση και τους βέλτιστους τρόπους λειτουργίας από αυτό.

Η ιδανική γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου σε μια ηλιακή μπαταρία είναι ευθεία. Ωστόσο, εάν η απόκλιση είναι εντός 30 μοιρών από την κάθετο, η απόδοση του πίνακα πέφτει μόνο κατά περίπου 5%. Αλλά με μια περαιτέρω αύξηση αυτής της γωνίας, ένα αυξανόμενο ποσοστό ηλιακής ακτινοβολίας θα ανακλάται, μειώνοντας έτσι την απόδοση του ηλιακού κυττάρου.

Εάν η μπαταρία απαιτείται να παράγει μέγιστη ενέργεια το καλοκαίρι, τότε θα πρέπει να προσανατολίζεται κάθετα στη μέση θέση του Ήλιου, την οποία καταλαμβάνει στις ισημερίες την άνοιξη και το φθινόπωρο.

Για την περιοχή της Μόσχας, αυτό είναι περίπου 40-45 μοίρες στον ορίζοντα. Εάν το μέγιστο χρειάζεται το χειμώνα, τότε το πάνελ πρέπει να τοποθετηθεί σε πιο κάθετη θέση.

Και κάτι ακόμα - η σκόνη και η βρωμιά μειώνουν σημαντικά την απόδοση των φωτοκυττάρων. Τα φωτόνια απλά δεν τα φτάνουν μέσα από ένα τέτοιο «βρώμικο» φράγμα, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει τίποτα για να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα πάνελ πρέπει να πλένονται τακτικά ή να τοποθετούνται έτσι ώστε η σκόνη να ξεπλένεται από μόνη της από τη βροχή.

Ορισμένα ηλιακά πάνελ έχουν ενσωματωμένους φακούς για τη συγκέντρωση της ακτινοβολίας στο ηλιακό στοιχείο. Σε καθαρό καιρό αυτό οδηγεί σε αυξημένη απόδοση. Ωστόσο, σε βαριά σύννεφα, αυτοί οι φακοί προκαλούν μόνο κακό.

Εάν ένα συμβατικό πάνελ σε μια τέτοια κατάσταση συνεχίσει να παράγει ρεύμα, αν και σε μικρότερους όγκους, τότε το μοντέλο φακού θα σταματήσει να λειτουργεί σχεδόν εντελώς.

Τα πάνελ πρέπει να τοποθετηθούν έτσι ώστε να μην υπάρχουν δέντρα, κτίρια ή άλλα εμπόδια στη διαδρομή των ακτίνων του ήλιου.

Διάγραμμα τροφοδοσίας ηλιακής ενέργειας σπιτιού

Το ηλιακό σύστημα τροφοδοσίας περιλαμβάνει:

1. Ηλιακούς συλλέκτες.
2. Ελεγκτής.
3. Μπαταρίες.

Ο ελεγκτής σε αυτό το κύκλωμα προστατεύει τόσο τους ηλιακούς συλλέκτες όσο και τις μπαταρίες. Αφενός αποτρέπει τη ροή αντίστροφων ρευμάτων τη νύχτα και με συννεφιά και αφετέρου προστατεύει τις μπαταρίες από υπερβολική φόρτιση/εκφόρτιση.

Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες για ηλιακούς συλλέκτες θα πρέπει να επιλέγονται ίδια σε ηλικία και χωρητικότητα, διαφορετικά η φόρτιση/εκφόρτιση θα γίνει άνισα, γεγονός που θα οδηγήσει σε απότομη μείωση της διάρκειας ζωής τους

Απαιτείται ένας μετατροπέας για τη μετατροπή 12, 24 ή 48 Volt DC σε 220 Volt AC. Οι μπαταρίες αυτοκινήτου δεν συνιστώνται για χρήση σε τέτοιο κύκλωμα λόγω της αδυναμίας τους να αντέξουν τη συχνή επαναφόρτιση. Είναι καλύτερο να ξοδέψετε χρήματα και να αγοράσετε ειδικές μπαταρίες ηλίου AGM ή πλημμυρισμένες μπαταρίες OPzS.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Οι αρχές λειτουργίας και τα διαγράμματα σύνδεσης των ηλιακών συλλεκτών δεν είναι πολύ δύσκολο να κατανοηθούν. Και με τα υλικά βίντεο που έχουμε συλλέξει παρακάτω, θα είναι ακόμα πιο εύκολο να κατανοήσουμε όλες τις περιπλοκές της λειτουργίας και εγκατάστασης των ηλιακών συλλεκτών.

Είναι προσιτό και κατανοητό πώς λειτουργεί μια φωτοβολταϊκή ηλιακή μπαταρία, με όλες τις λεπτομέρειες:

Πώς λειτουργούν τα ηλιακά πάνελ:

Συναρμολόγηση ηλιακών πάνελ DIY από φωτοκύτταρα:

Κάθε στοιχείο στο ηλιακό σύστημα τροφοδοσίας ενός εξοχικού σπιτιού πρέπει να επιλεγεί σωστά. Αναπόφευκτες απώλειες ισχύος συμβαίνουν στις μπαταρίες, τους μετασχηματιστές και τον ελεγκτή. Και πρέπει να μειωθούν στο ελάχιστο, διαφορετικά η ήδη μάλλον χαμηλή απόδοση των ηλιακών συλλεκτών θα μειωθεί στο μηδέν.

Ηλιακή μπαταρία: σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας

Πολύ πρόσφατα, όταν ήμασταν ακόμη στο σχολείο, ένα ηλιακό πάνελ για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας φαινόταν σαν κάτι φανταστικό. Μας φάνηκε ότι μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν μόνο σε διαστημόπλοια. Αλλά έχουν περάσει 20-25 χρόνια και οι ηλιακές μπαταρίες όχι μόνο εμφανίστηκαν σε ρολόγια και αριθμομηχανές, αλλά είναι ήδη ικανές να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια σε ιδιωτικές κατοικίες και εξοχικές κατοικίες. Και οι σύγχρονοι σταθμοί ηλιακής ενέργειας μπορούν να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια σε μικρές πόλεις. Οι ηλιακές μπαταρίες έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένες σε ευρωπαϊκές χώρες, στις ΗΠΑ, στο Ισραήλ και σε άλλες περιοχές με υψηλή ηλιακή ακτινοβολία. Και η χρήση τους ήδη παρέχει σημαντική εξοικονόμηση σε ηλεκτρική ενέργεια και παροχή ζεστού νερού.

Η ηλιακή ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα και ηλεκτρική ενέργεια. Ο άνθρωπος έκανε τα πρώτα βήματα στη χρήση της ηλιακής ενέργειας προς την κατεύθυνση της παραγωγής θερμότητας. Μπορούμε να πούμε ότι σε αυτή την περίπτωση δεν υπάρχει μετασχηματισμός. Η αρχή λειτουργίας είναι απλή. Αποτελείται από τη συλλογή ηλιακής θερμότητας. Γι' αυτό οι συσκευές για αυτό ονομάζονται ηλιακοί συλλέκτες. Η αρχή λειτουργίας τέτοιων εγκαταστάσεων είναι να συλλέγουν θερμότητα χρησιμοποιώντας έναν απορροφητή και να τη μεταφέρουν στο ψυκτικό. Το τελευταίο είναι το νερό ή ο αέρας. Τέτοιες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται συχνά για θέρμανση και παροχή ζεστού νερού ιδιωτικών κατοικιών. Η δεύτερη περίπτωση χρήσης είναι η μετατροπή του σε ηλεκτρική ενέργεια.

Τα φυτά στον πλανήτη μας μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια από χημικούς δεσμούς εδώ και εκατομμύρια χρόνια. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται φωτοσύνθεση, παράγει γλυκόζη. Η αρχή της φωτοσύνθεσης είναι γνωστή στους ανθρώπους εδώ και πολύ καιρό. Διαβάστε περισσότερα για αυτό στον συγκεκριμένο σύνδεσμο.

Σε αυτό το υλικό θα μιλήσουμε για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με χρήση ηλιακών συλλεκτών. Για αυτό χρησιμοποιούνται φωτοβολταϊκά στοιχεία. Πρόκειται για ημιαγωγούς με βάση το πυρίτιο που παράγουν συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα όταν εκτίθενται στο φως. Ως υλικά για φωτοκύτταρα χρησιμοποιούνται ενώσεις πυριτίου με κάδμιο, χαλκό και ίνδιο. Επιπλέον, μπορεί να διαφέρουν στην τεχνολογία κατασκευής.

• Μονοκρυσταλλικό;
• Πολυκρυσταλλικό;
• Αμορφος.

Τα φωτοβολταϊκά πάνελ από μονοκρυστάλλους πυριτίου θεωρούνται τα πιο αποδοτικά και έχουν υψηλή απόδοση. Τα ηλιακά κύτταρα πολυκρυσταλλικού πυριτίου είναι φθηνότερα και έχουν το χαμηλότερο κόστος ανά watt ηλεκτρικής ενέργειας. Υπάρχουν επίσης φωτοβολταϊκά στοιχεία με βάση το άμορφο πυρίτιο. Είναι φτιαγμένα από αυτά. Παράγονται από άμορφο πυρίτιο. Η παραγωγή τέτοιων στοιχείων είναι απλούστερη από μονοκρυστάλλους και πολυκρυστάλλους. Ως αποτέλεσμα, η τιμή είναι χαμηλότερη, αλλά η απόδοση αφήνει πολλά περιθώρια (5─6%).Επιπλέον, τα πάνελ άμορφου πυριτίου έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής από τους δύο προηγούμενους τύπους. Για να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα των στοιχείων, χαλκός, σελήνιο, γάλλιο και ίνδιο προστίθενται στο πυρίτιο.

Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα ηλιακό στοιχείο. Συνήθως, ο αριθμός των φωτοκυττάρων σε μια μπαταρία είναι πολλαπλάσιος του 36, αλλά υπάρχουν και άλλες επιλογές. Εκτός από την ηλιακή μπαταρία, τα ηλιακά συστήματα περιλαμβάνουν και άλλες συσκευές αποθήκευσης και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Ειδικότερα, πρόκειται για:

• Μπαταρία (μία ή περισσότερες).
• Μετατροπέας (μετατρέπει την τάση από 12 ή 24 σε 220 βολτ).
• Ένας ελεγκτής για τον έλεγχο της φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας και την παροχή ρεύματος στο δίκτυο.

Με βάση τον σκοπό τους, διακρίνονται δύο μεγάλες ομάδες συσκευών. Οι ηλιακές μπαταρίες χαμηλής ισχύος (έως δέκα watt) χρησιμοποιούνται σε κινητά gadget ή power bank για φόρτιση. Συστήματα με μεγαλύτερη ισχύ χρησιμοποιούνται για την ηλεκτροδότηση ιδιωτικών κατοικιών και εξοχικών σπιτιών. Συνήθως βρίσκονται στις στέγες και τις προσόψεις των σπιτιών, λιγότερο συχνά σε περιοχές κοντά στο σπίτι. Υπάρχουν συσκευές που σας επιτρέπουν να παρακολουθείτε τον ήλιο και να αλλάζετε τη γωνία ανάλογα με τη θέση του. Ας δούμε τώρα πώς λειτουργεί μια ηλιακή μπαταρία και τι καθορίζει την αποτελεσματικότητα της λειτουργίας της.

Πώς λειτουργεί μια ηλιακή μπαταρία;

Η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται σε φωτοκύτταρα συνδεδεμένα σε σειρά. Ας εξετάσουμε την αρχή λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας σε επίπεδο φωτοβολταϊκών στοιχείων. Η βάση ενός φωτοκυττάρου είναι ένας κρύσταλλος πυριτίου. Οι ενώσεις πυριτίου είναι πολύ κοινές στη φύση. Το πιο γνωστό είναι το οξείδιο του πυριτίου ή η άμμος. Ένας κρύσταλλος πυριτίου μπορεί να ονομαστεί απλά ένας μεγάλος κόκκος άμμου. Οι κρύσταλλοι καλλιεργούνται τεχνητά σε εργαστηριακές συνθήκες. Συνήθως παράγονται σε κυβικά σχήματα και μετά σε πλάκες. Το πάχος αυτών των πλακών είναι μόνο 200 μικρά. Αυτό είναι 3-4 φορές πιο χοντρό από μια ανθρώπινη τρίχα.

Οι προκύπτουσες γκοφρέτες πυριτίου επικαλύπτονται με ένα στρώμα βορίου στη μία πλευρά και φωσφόρου στην άλλη. Υπάρχει περίσσεια ηλεκτρονίων στα σημεία όπου η γκοφρέτα πυριτίου έρχεται σε επαφή με το βόριο. Από την άλλη πλευρά, κατά μήκος του ορίου της γκοφρέτας πυριτίου με τον φώσφορο, υπάρχει έλλειψη ηλεκτρονίων. Εκεί σχηματίζονται «τρύπες», όπως συνήθως ονομάζονται. Αυτή η ένωση ορίων με πλεονάζον αριθμό ηλεκτρονίων και η έλλειψή τους ονομάζεται διασταύρωση p-n.

Όταν το ηλιακό φως χτυπά τις ηλιακές κυψέλες μιας μπαταρίας, η επιφάνειά τους βομβαρδίζεται με φωτόνια. Εξουδετερώνουν τα πλεονάζοντα ηλεκτρόνια στη διεπιφάνεια του φωσφόρου και αρχίζουν να κινούνται προς τις «οπές» στη διεπιφάνεια βορίου. Έτσι, προκύπτει ένα ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο είναι η διατεταγμένη κίνηση των ηλεκτρονίων. Μεταλλικές ράγες συνδέονται με το φωτοκύτταρο, μέσω του οποίου συλλέγεται το ρεύμα. Αυτό εκφράζει την αρχή λειτουργίας ενός φωτοκυττάρου πυριτίου.

Η ισχύς ενός φωτοβολταϊκού στοιχείου είναι μικρή και η τάση είναι περίπου 0,5 βολτ. Επομένως, συνδυάζονται σε σειρά σε μπαταρίες των 36 τεμαχίων για να λάβουν έξοδο 18 βολτ. Αυτό είναι αρκετό για να φορτίσει μια μπαταρία 12 volt. Εδώ πρέπει επίσης να λάβετε υπόψη ότι η δηλωμένη τάση και ισχύς θα είναι μόνο όταν η μπαταρία λειτουργεί με τη μέγιστη απόδοση, κάτι που είναι σπάνιο σε πραγματικές συνθήκες. Η συναρμολογημένη μπαταρία τοποθετείται σε υπόστρωμα, καλύπτεται με γυαλί και σφραγίζεται. Το γυαλί που χρησιμοποιείται πρέπει να μεταδίδει υπεριώδες φως, καθώς η ηλιακή μπαταρία μετατρέπει και αυτό το τμήμα του φάσματος. Οι συναρμολογημένες μπαταρίες μπορούν να συνδυαστούν μεταξύ τους σε σειριακές και παράλληλες αλυσίδες. Αποδεικνύεται μικρό.

Σήμερα, εγκαθίστανται ηλιακοί συλλέκτες στα σπίτια και τις εξοχικές κατοικίες τους για εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας. Τέτοια μικροσκοπικά ηλιακά συστήματα λειτουργούν όλο το χρόνο. Το κύριο πράγμα είναι ότι η επιφάνεια των πάνελ είναι καθαρή και ο ήλιος λάμπει. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η αποτελεσματικότητά τους είναι υψηλότερη σε μια παγωμένη ηλιόλουστη μέρα παρά σε μια καλοκαιρινή μέρα. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η θέρμανση μειώνει κάπως την απόδοση της εργασίας τους.

Αξίζει να σημειωθεί αμέσως ότι δεν είναι δυνατή η πλήρης εγκατάλειψη της ηλεκτρικής ενέργειας από κεντρικά δίκτυα. Αλλά εγκαθιστώντας μια ηλιακή μπαταρία, θα μπορέσετε να εξοικονομήσετε σημαντικά έξοδα κοινής ωφέλειας. Η επιλογή, φυσικά, δεν είναι κατάλληλη για διαμέρισμα. Είναι φυσιολογικό να λειτουργεί ένα τέτοιο σύστημα μόνο σε εξοχική κατοικία ή εξοχική κατοικία, όπου υπάρχει αρκετός χώρος για την εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών.

Στις κεντρικές περιοχές της Ρωσίας, ένα ηλιακό σύστημα πληρώνει για τον εαυτό του σε περίπου 5 χρόνια. Στις νότιες περιοχές, η περίοδος απόσβεσης μειώνεται σημαντικά. Συχνά, οι συλλέκτες για τη θέρμανση ενός σπιτιού εγκαθίστανται μαζί με ηλιακούς συλλέκτες. Τώρα υπάρχουν εργοστασιακά ηλιακοί συλλέκτες που μπορούν να ζεστάνουν νερό όλο το χρόνο.

Όσον αφορά την εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών, πρέπει να επισημανθούν τα ακόλουθα σημεία:

• Τα πάνελ πρέπει να εγκατασταθούν στη νότια πλευρά της οροφής, στην πρόσοψη ή στην τοποθεσία με την πλευρά να βλέπει νότια.
• Η γωνία κλίσης αντιστοιχεί στο γεωγραφικό πλάτος της περιοχής σας.
• Δεν πρέπει να υπάρχουν κοντά αντικείμενα που να σκιάζουν τους ηλιακούς συλλέκτες.
• Η επιφάνεια των πάνελ πρέπει να καθαρίζεται τακτικά από βρωμιά και σκόνη.
• Συνιστάται η χρήση συστημάτων που παρακολουθούν τη θέση του ήλιου.

Τώρα καταλαβαίνετε την αρχή λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών και τις δυνατότητές τους. Είναι σαφές ότι δεν πρέπει να εγκαταλείψουμε την κεντρική παροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα σύγχρονα ηλιακά συστήματα δεν είναι ακόμη σε θέση να παρέχουν πλήρως ενέργεια σε ένα σπίτι σε συννεφιασμένο καιρό. Αλλά ως μέρος ενός συνδυασμένου συστήματος οικιακής παροχής ενέργειας, είναι πολύ κατάλληλα.

Εάν βρήκατε το άρθρο χρήσιμο, μοιραστείτε τον σύνδεσμο προς αυτό στα κοινωνικά δίκτυα. Αυτό θα βοηθήσει στην ανάπτυξη του ιστότοπου. Ψηφίστε στην παρακάτω δημοσκόπηση και βαθμολογήστε το υλικό! Αφήστε τις διορθώσεις και τις προσθήκες στο άρθρο στα σχόλια.

Σχετικά πρόσφατα, η ίδια η ιδέα της παροχής ιδιωτικών υπηρεσιών θεωρήθηκε φανταστική Σήμερα είναι μια αντικειμενική πραγματικότητα. Στην Ευρώπη χρησιμοποιούνται εδώ και πολύ καιρό, γιατί αποτελούν σχεδόν ανεξάντλητη πηγή φθηνής ενέργειας. Στη χώρα μας, η απόκτηση ηλεκτρικής ενέργειας από τέτοιες συσκευές μόλις κερδίζει δημοτικότητα. Αυτή η διαδικασία δεν συμβαίνει πολύ γρήγορα, και ο λόγος για αυτό είναι το υψηλό κόστος τους.

Η αρχή της λειτουργίας βασίζεται στο γεγονός ότι σε δύο γκοφρέτες πυριτίου επικαλυμμένες με διαφορετικές ουσίες (βόριο και φώσφορο), προκύπτει ηλεκτρικό ρεύμα υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια εμφανίζονται σε μια πλάκα επικαλυμμένη με φώσφορο.

Τα σωματίδια που λείπουν σχηματίζονται σε εκείνες τις πλάκες που είναι επικαλυμμένες με βόριο. Τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να κινούνται υπό την επίδραση του φωτός από τον ήλιο. Έτσι παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα στα ηλιακά πάνελ. Οι λεπτοί χάλκινοι κλώνοι που καλύπτουν κάθε μπαταρία αφαιρούν ρεύμα από αυτήν και την κατευθύνουν στον προορισμό της.

Με ένα πιάτο μπορείτε να τροφοδοτήσετε μια μικρή λάμπα. Το συμπέρασμα φαίνεται από μόνο του. Προκειμένου οι ηλιακοί συλλέκτες να παρέχουν επαρκή ισχύ σε ένα σπίτι, η έκτασή τους πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη.

Μηχανισμοί πυριτίου

Έτσι, η αρχή λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας είναι σαφής. Το ρεύμα δημιουργείται όταν ειδικές πλάκες εκτίθενται στο υπεριώδες φως. Εάν το πυρίτιο χρησιμοποιείται ως υλικό για τη δημιουργία τέτοιων πλακών, τότε οι μπαταρίες ονομάζονται πυρίτιο (ή υδρογονο πυρίτιο).

Τέτοιες γκοφρέτες απαιτούν πολύ περίπλοκα συστήματα παραγωγής. Αυτό, με τη σειρά του, επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό το κόστος των προϊόντων.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι πυριτίου.

Μονοκρυσταλλικοί μετατροπείς

Είναι πάνελ με λοξότμητες γωνίες. Το χρώμα τους είναι πάντα καθαρό μαύρο.

Αν μιλάμε για μονοκρυσταλλικούς μετατροπείς, η αρχή λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας μπορεί να περιγραφεί εν συντομία ως μέτρια αποδοτική. Όλα τα κύτταρα των φωτοευαίσθητων στοιχείων μιας τέτοιας μπαταρίας κατευθύνονται προς μία κατεύθυνση.

Αυτό σας επιτρέπει να έχετε τα υψηλότερα αποτελέσματα μεταξύ παρόμοιων συστημάτων. Η απόδοση των μπαταριών αυτού του τύπου φτάνει το 25%.

Το μειονέκτημα είναι ότι τέτοια πάνελ πρέπει πάντα να βλέπουν στον ήλιο.

Εάν ο ήλιος κρύβεται πίσω από τα σύννεφα, βυθίζεται προς τον ορίζοντα ή δεν έχει ακόμη ανατείλει, τότε οι μπαταρίες θα παράγουν ένα μάλλον αδύναμο ρεύμα.

Πολυκρυσταλλικό

Οι πλάκες αυτών των μηχανισμών είναι πάντα τετράγωνες και σκούρο μπλε. Η επιφανειακή τους σύνθεση περιλαμβάνει ανομοιογενείς κρυστάλλους πυριτίου.

Η απόδοση των πολυκρυσταλλικών μπαταριών δεν είναι τόσο υψηλή όσο αυτή των μονοκρυσταλλικών μοντέλων. Μπορεί να φτάσει το 18%. Ωστόσο, αυτό το μειονέκτημα αντισταθμίζεται από τα πλεονεκτήματα, τα οποία θα συζητηθούν παρακάτω.

Η αρχή λειτουργίας αυτού του τύπου ηλιακών κυψελών επιτρέπει να κατασκευάζονται όχι μόνο από καθαρό πυρίτιο, αλλά και από ανακυκλωμένα υλικά. Αυτό εξηγεί ορισμένα από τα ελαττώματα που εντοπίστηκαν στον εξοπλισμό. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα μηχανισμών αυτού του τύπου είναι ότι μπορούν να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα αρκετά αποτελεσματικά ακόμη και σε συννεφιασμένο καιρό. Αυτή η χρήσιμη ποιότητα τα καθιστά απαραίτητα σε μέρη όπου το διάχυτο ηλιακό φως είναι συνηθισμένο καθημερινό φαινόμενο.

Πάνελ άμορφου πυριτίου

Τα άμορφα πάνελ είναι φθηνότερα από άλλα, αυτό καθορίζει την αρχή λειτουργίας της ηλιακής μπαταρίας και το σχεδιασμό της. Κάθε πάνελ αποτελείται από πολλά πολύ λεπτά στρώματα πυριτίου. Κατασκευάζονται με ψεκασμό σωματιδίων υλικού σε κενό σε αλουμινόχαρτο, γυαλί ή πλαστικό.

Η απόδοση των πάνελ είναι σημαντικά μικρότερη από αυτή των προηγούμενων μοντέλων. Φτάνει το 6%. Τα στρώματα πυριτίου ξεθωριάζουν αρκετά γρήγορα στον ήλιο. Μετά από μόλις έξι μήνες χρήσης αυτών των μπαταριών, η απόδοσή τους θα μειωθεί κατά 15%, και μερικές φορές έως και 20%.

Δύο χρόνια λειτουργίας θα εξαντλήσουν πλήρως τους πόρους των δραστικών ουσιών και το πάνελ θα πρέπει να αντικατασταθεί.

Ωστόσο, υπάρχουν δύο πλεονεκτήματα λόγω των οποίων αυτές οι μπαταρίες εξακολουθούν να αγοράζονται. Πρώτον, λειτουργούν ακόμη και σε συννεφιασμένο καιρό. Δεύτερον, όπως αναφέρθηκε, δεν είναι τόσο ακριβά όσο άλλες επιλογές.

Υβριδικοί φωτομετατροπείς

Το άμορφο πυρίτιο είναι η βάση για τη διάταξη των μικροκρυστάλλων. Η αρχή λειτουργίας ενός ηλιακού στοιχείου το καθιστά παρόμοιο με ένα πολυκρυσταλλικό πάνελ. Η διαφορά μεταξύ αυτού του τύπου μπαταρίας είναι ότι είναι ικανή να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα υψηλότερης ισχύος σε συνθήκες διάχυτου ηλιακού φωτός, για παράδειγμα, μια συννεφιασμένη μέρα ή την αυγή.

Επιπλέον, οι μπαταρίες λειτουργούν υπό την επίδραση όχι μόνο του ηλιακού φωτός, αλλά και στο υπέρυθρο φάσμα.

Ηλιακός μετατροπέας πολυμερούς φιλμ

Αυτή η εναλλακτική λύση στα πάνελ πυριτίου έχει τη δυνατότητα να κυριαρχήσει στην αγορά των ηλιακών κυττάρων. Μοιάζουν με μια μεμβράνη που αποτελείται από πολλά στρώματα. Μεταξύ αυτών είναι αγωγοί, ένα πολυμερές στρώμα της δραστικής ουσίας, ένα υπόστρωμα από οργανικά και ένα προστατευτικό φιλμ.

Τέτοιες ηλιακές κυψέλες, σε συνδυασμό μεταξύ τους, σχηματίζουν μια ηλιακή μπαταρία φιλμ τύπου ρολού. Αυτά τα πάνελ είναι ελαφρύτερα και πιο συμπαγή από τα πάνελ πυριτίου. Το ακριβό πυρίτιο δεν χρησιμοποιείται στην κατασκευή τους και η ίδια η διαδικασία παραγωγής δεν είναι τόσο ακριβή. Αυτό καθιστά το πάνελ σε ρολό φθηνότερο από όλα τα άλλα.

Η αρχή λειτουργίας μιας ηλιακής μπαταρίας καθιστά την απόδοσή τους όχι πολύ υψηλή.

Φτάνει το 7%.

Η διαδικασία κατασκευής πάνελ αυτού του τύπου καταλήγει στην πολυστρωματική εκτύπωση ενός φωτοκυττάρου σε φιλμ. Η παραγωγή είναι εγκατεστημένη στη Δανία.

Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα κοπής της μπαταρίας σε ρολό και προσαρμογής σε οποιοδήποτε μέγεθος και σχήμα.

Υπάρχει μόνο ένα μείον. Οι μπαταρίες μόλις άρχισαν να παράγονται, επομένως είναι ακόμα αρκετά δύσκολο να τις αποκτήσετε.

Ωστόσο, υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι αυτά τα στοιχεία θα αποκτήσουν γρήγορα μια καλή φήμη μεταξύ των καταναλωτών, γεγονός που θα δώσει στους κατασκευαστές την ευκαιρία να δημιουργήσουν παραγωγή σε μεγαλύτερη κλίμακα.

Ηλιακή θέρμανση κατοικιών

Η αρχή της λειτουργίας τους διακρίνει θεμελιωδώς από όλες τις συσκευές που περιγράφονται παραπάνω. Αυτή είναι μια εντελώς διαφορετική συσκευή. Η περιγραφή ακολουθεί παρακάτω.

Το κύριο μέρος ενός συστήματος θέρμανσης που τροφοδοτείται από την ηλιακή ενέργεια είναι ο συλλέκτης, ο οποίος λαμβάνει το φως του και το μετατρέπει σε κινητική ενέργεια. Η περιοχή αυτού του στοιχείου μπορεί να κυμαίνεται από 30 έως 70 τετραγωνικά μέτρα.

Για την τοποθέτηση του συλλέκτη χρησιμοποιείται ειδικός εξοπλισμός. Οι πλάκες συνδέονται μεταξύ τους με μεταλλικές επαφές.

Το επόμενο εξάρτημα του συστήματος είναι ο λέβητας αποθήκευσης. Μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε θερμική ενέργεια. Συμμετέχει στη θέρμανση του νερού, η μετατόπιση του οποίου μπορεί να φτάσει τα 300 λίτρα. Μερικές φορές τέτοια συστήματα υποστηρίζονται από πρόσθετους λέβητες ξηρού καυσίμου.

Το ηλιακό σύστημα θέρμανσης συμπληρώνεται από στοιχεία τοίχου και δαπέδου, στα οποία το θερμαινόμενο υγρό κυκλοφορεί μέσω λεπτών χάλκινων σωλήνων που κατανέμονται σε όλη την περιοχή τους. Λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας εκκίνησης των πάνελ και της ομοιομορφίας μεταφοράς θερμότητας, το δωμάτιο ζεσταίνεται αρκετά γρήγορα.

Πώς λειτουργεί η ηλιακή θέρμανση;

Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στον τρόπο λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών χρησιμοποιώντας το υπεριώδες φως.

Εμφανίζεται διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας του συλλέκτη και του στοιχείου αποθήκευσης. Το ψυκτικό, το οποίο είναι συνήθως νερό στο οποίο έχει προστεθεί αντιψυκτικό, αρχίζει να κυκλοφορεί γύρω από το σύστημα. Το έργο που κάνει ένα ρευστό είναι ακριβώς κινητική ενέργεια.

Καθώς το ρευστό περνά μέσα από τα στρώματα του συστήματος, η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα, η οποία χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του σπιτιού. Αυτή η διαδικασία κυκλοφορίας μέσων παρέχει στο δωμάτιο θερμότητα και επιτρέπει την αποθήκευσή του οποιαδήποτε στιγμή της ημέρας ή του χρόνου.

Έτσι, ανακαλύψαμε την αρχή λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών.

Φαίνεται ότι μόλις πρόσφατα η ηλιακή μπαταρία συνδέθηκε έντονα με διαστημόπλοια, τροχιακούς σταθμούς και σεληνιακά ρόβερ. Και τώρα, μια συσκευή ικανή να εξάγει ηλεκτρική ενέργεια από το φως μπορεί να βρεθεί σε οποιαδήποτε αριθμομηχανή. Επιπλέον, σε χώρες πλούσιες σε ήλιο με ζεστά καλοκαίρια και ήπιους χειμώνες (οι επιστήμονες τις αποκαλούν «χώρες υψηλής ηλιοφάνειας»), όπως η Ιταλία, η Ισπανία, η Πορτογαλία, οι νότιες πολιτείες των ΗΠΑ κ.λπ. Η ηλιακή ενέργεια είναι ένας σημαντικός τρόπος εξοικονόμησης χρημάτων στην παροχή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας.Επιπλέον, αυτή η εξοικονόμηση γίνεται τόσο με ιδιωτική πρωτοβουλία πολιτών όσο και με τη μορφή υποχρεωτικών κυβερνητικών κανονισμών, όπως στην Ισπανία.

Οι προσπάθειες να κάνουν την ενέργεια του ήλιου να λειτουργεί για τον εαυτό τους έχουν γίνει από την ανθρωπότητα εδώ και πολύ καιρό, έτσι σύμφωνα με το μύθο, ο Αρχιμήδης έκαψε τον ρωμαϊκό στόλο, παραγγέλνοντας πολλούς καθρέφτες (σε άλλη εκδοχή - ασπίδες γυαλισμένες σε λάμψη) να εστιάσουν το φως του ήλιου. τα πανιά των ρωμαϊκών γαλέρων. Όμως οι προσπάθειες αξιοποίησης της ενέργειας του ήλιου έδωσαν αξιοσημείωτα αποτελέσματα μόνο τον περασμένο αιώνα. Ποιοι είναι οι τρόποι χρήσης της ηλιακής ενέργειας;

Πώς να πάρετε ηλεκτρική ενέργεια

Ο πιο προφανής τρόπος είναι η μετατροπή της φωτεινής ενέργειας του ήλιου σε θερμότητα. Αυστηρά μιλώντας, αυτό δεν μπορεί καν να ονομαστεί μετασχηματισμός, επειδή το φως και η θερμότητα έχουν την ίδια φύση και διαφέρουν μόνο στη συχνότητα, θα ήταν πιο σωστό να μιλήσουμε για τη συλλογή θερμότητας. Για τη συλλογή ηλιακής θερμότητας, οι συσκευές ονομάζονται - («συλλέκτης» κυριολεκτικά σημαίνει συλλέκτης). Η αρχή της λειτουργίας τους είναι εξαιρετικά απλή - το ψυκτικό υγρό (νερό, λιγότερο συχνά αέρας) θερμαίνεται σε καλοριφέρ από υλικό που απορροφά τη θερμότητα. Τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται ευρέως για παροχή ζεστού νερού σε ιδιωτικές κατοικίες.

Ένας άλλος ενδιαφέρων τρόπος να χρησιμοποιήσουμε την ενέργεια του πλησιέστερου αστεριού μας προτείνει η φύση. Μέσα σε εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης, τα φυτά έμαθαν να μετατρέπουν την ενέργεια του ήλιου σε ενέργεια χημικών δεσμών, συνθέτοντας μια σύνθετη ένωση - γλυκόζη - από απλές ουσίες. Όποιος δεν παρέλειψε τη βοτανική στο σχολείο, φυσικά, μάντεψε ότι μιλούσαμε για φωτοσύνθεση. Αλλά δεν σκέφτηκαν όλοι την ενεργειακή ουσία αυτής της διαδικασίας, η οποία συνίσταται ακριβώς στη συσσώρευση ηλιακής ενέργειας και στην περαιτέρω χρήση της (συμπεριλαμβανομένου του χειμώνα) για «προσωπικούς» σκοπούς. Δηλαδή μιλάμε για βιοενέργεια. Ο πραγματικός, και όχι αυτός για τον οποίο μιλούν οι εγχώριοι μάγοι. Η μέθοδος χρήσης της ηλιακής ενέργειας σύμφωνα με αυτήν την αρχή λειτουργίας εξακολουθεί να περιμένει την εφαρμογή της στην ανθρωπογενή τεχνολογία.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ο ευκολότερος τρόπος χρήσης της ηλιακής ενέργειας για προσωπικούς σκοπούς είναι η συλλογή θερμικής ενέργειας. Ωστόσο, το «πιο απλό» δεν σημαίνει πάντα «καλύτερο». Το γεγονός είναι ότι η θερμική ενέργεια είναι, θα έλεγε κανείς, ένα «ευπαθές προϊόν». Προσπαθήστε να «συντηρήσετε» τη θερμότητα ή να τη μεταφέρετε σε μεγάλες αποστάσεις. Πιθανότατα, το κόστος θα καλύψει όλα τα πιθανά οφέλη. Ο πιο βολικός τύπος ενέργειας για συσσώρευση και μεταφορά είναι ο ηλεκτρισμός.Μπορεί να συναρμολογηθεί σε μπαταρίες χωρίς κανένα πρόβλημα ή να μεταδοθεί μέσω καλωδίων στο σημείο που θα λειτουργήσει, με ελάχιστες απώλειες. Αυτό οδηγεί στον τρίτο, πιο συνηθισμένο τρόπο χρήσης του ηλιακού φωτός - τη μετατροπή του σε ηλεκτρική ενέργεια.

Πως δουλεύει

Ο μετασχηματισμός του ηλιακού φωτός συμβαίνει σε μπαταρίες (δηλαδή σε ομάδες συνδεδεμένες σε σειρά) φωτοκυττάρων, οι οποίες έχουν αποκτήσει το όνομα «ηλιακές μπαταρίες». Με ποια αρχή λειτουργούν τα ηλιακά πάνελ;

Η καρδιά ενός φωτοκυττάρου είναι ένας κρύσταλλος πυριτίου.Το πυρίτιο (ακριβέστερα, τα οξείδια του) συναντάμε καθημερινά - αυτή είναι η γνωστή άμμος. Έτσι, μπορούμε να πούμε ότι ένας κρύσταλλος πυριτίου είναι ένας τεράστιος κόκκος άμμου που καλλιεργείται σε εργαστήριο. Οι κρύσταλλοι έχουν σχήμα κύβου και κόβονται σε πλατίνα πάχους διακόσια μικρών (περίπου τρεις έως τέσσερις φορές το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας).

Ένα λεπτό στρώμα φωσφόρου εφαρμόζεται σε μια γκοφρέτα πυριτίου στη μία πλευρά και ένα λεπτό στρώμα βορίου στην άλλη πλευρά. Όπου το πυρίτιο έρχεται σε επαφή με το βόριο, εμφανίζεται περίσσεια ελεύθερων ηλεκτρονίων και όπου το πυρίτιο έρχεται σε επαφή με φώσφορο, αντίθετα, τα ηλεκτρόνια είναι σε έλλειψη, εμφανίζονται οι λεγόμενες «οπές». Η ένωση των μέσων με περίσσεια και ανεπάρκεια ηλεκτρονίων ονομάζεται διασταύρωση p-n στη φυσική. Τα φωτόνια του φωτός βομβαρδίζουν την επιφάνεια της πλάκας και εξουδετερώνουν τα πλεονάζοντα ηλεκτρόνια φωσφόρου σε ηλεκτρόνια βορίου που λείπουν. Η διατεταγμένη κίνηση των ηλεκτρονίων είναι ηλεκτρικό ρεύμα. Το μόνο που μένει είναι να το «συναρμολογήσουμε» περνώντας μεταλλικά κομμάτια μέσα από την πλάκα. Έτσι λειτουργεί καταρχήν ένα φωτοκύτταρο πυριτίου.

Η ισχύς μιας πλάκας φωτοκυττάρων είναι αρκετά μέτρια, αρκεί μόνο για τη λειτουργία ενός λαμπτήρα φακού. Επομένως, μεμονωμένα στοιχεία συναρμολογούνται σε συστήματα μπαταριών. Θεωρητικά, είναι δυνατή η συναρμολόγηση μιας μπαταρίας οποιασδήποτε ισχύος από τα στοιχεία. Η μπαταρία τοποθετείται σε μεταλλικό υπόστρωμα, ενισχυμένο για αύξηση της αντοχής και καλυμμένο με γυαλί. Είναι σημαντικό η ηλιακή μπαταρία να μετατρέπει όχι μόνο το ορατό μέρος του ηλιακού φάσματος σε ηλεκτρική ενέργεια, αλλά και το υπεριώδες μέρος του ηλιακού φάσματος, επομένως το γυαλί που καλύπτει την μπαταρία πρέπει να μεταδίδει υπεριώδη ακτινοβολία.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα μιας ηλιακής μπαταρίας είναι ότι χρησιμοποιεί φως, όχι θερμότητα, επομένως, σε αντίθεση με έναν συλλέκτη, μια ηλιακή μπαταρία μπορεί να λειτουργήσει το χειμώνα, εφόσον τα σύννεφα δεν εμποδίζουν το φως του ήλιου. Υπάρχουν έργα για την κατασκευή τεράστιων πεδίων ηλιακών συλλεκτών στην Αρκτική και την Ανταρκτική που θα αποθηκεύουν ενέργεια κατά τη διάρκεια της εξάμηνης πολικής ημέρας, η οποία συμβαίνει στο βορρά το καλοκαίρι και στο νότο το χειμώνα, που σημαίνει ότι δύο γιγάντιες μονάδες ηλιακής ενέργειας δεν θα γίνουν ποτέ σε αδράνεια ταυτόχρονα.

Όλα αυτά είναι μακροπρόθεσμα, αλλά μπορείτε να επωφεληθείτε από τις ιδιότητες μιας ηλιακής μπαταρίας σήμερα εξοπλίζοντας το σπίτι σας με μια μινιατούρα ηλιακή μονάδα παραγωγής ενέργειας. Ένας τέτοιος σταθμός, φυσικά, είναι απίθανο να είναι σε θέση να ικανοποιήσει πλήρως τις ανάγκες του νοικοκυριού σε ηλεκτρική ενέργεια, αλλά, χωρίς αμφιβολία, θα γίνει ένας ευαίσθητος παράγοντας για την εξοικονόμηση του οικογενειακού προϋπολογισμού.

Μία από τις πηγές ενέργειας είναι η παραγωγή εναλλακτικής ηλιακής ενέργειας. Εμφανίστηκε σχετικά πρόσφατα, αλλά έχει ήδη κερδίσει δημοτικότητα στην Ευρωπαϊκή Ένωση λόγω της υψηλής απόδοσης και του λογικού κόστους του.

Μια ηλιακή μπαταρία είναι μια σχεδόν ανεξάντλητη πηγή ενέργειας, ικανή να αποθηκεύει και να μετατρέπει τις ακτίνες φωτός σε ενέργεια και ηλεκτρική ενέργεια. Στις χώρες της ΚΑΚ, μια νέα πηγή ενέργειας κερδίζει σταδιακά δημοτικότητα. (Παρεμπιπτόντως, μπορείτε να διαβάσετε το άρθρο για το πώς να επιλέξετε μια ηλιακή μπαταρία.)

Συστατικά

Υπάρχουν δύο τύποι σύνδεσής τους:

• ακολουθητικός;
• παράλληλο.

Η μόνη διαφορά είναι ότι σε παράλληλη σύνδεση το ρεύμα αυξάνεται, και σε σειριακή σύνδεση αυξάνεται η τάση.

Εάν υπάρχει ανάγκη για μέγιστη λειτουργία δύο παραμέτρων ταυτόχρονα, τότε χρησιμοποιείται η παράλληλη-διαδοχική.

Αλλά αξίζει να λάβετε υπόψη ότι τα υψηλά φορτία μπορεί να προκαλέσουν καύση ορισμένων επαφών. Για να αποφευχθεί αυτό, χρησιμοποιούνται δίοδοι.

Μία δίοδος είναι ικανή να προστατεύει το ένα τέταρτο του φωτοκυττάρου. Εάν δεν βρίσκονται στη συσκευή, τότε υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να σταματήσει να λειτουργεί ολόκληρη η πηγή ενέργειας μετά την πρώτη βροχή ή τον τυφώνα.

Σημαντικό σημείο:Ούτε η συσσώρευση ούτε η τρέχουσα ισχύς ανταποκρίνονται πλήρως στις πιθανές παραμέτρους των σύγχρονων οικιακών συσκευών, επομένως είναι απαραίτητο να αναδιανεμηθεί και να συσσωρευτεί ηλεκτρική ενέργεια.

Για να γίνει αυτό, συνιστάται να συνδέσετε επιπλέον τουλάχιστον δύο.Το ένα θα είναι αθροιστικό και το δεύτερο θα είναι εφεδρικό ή εφεδρικό.

Ας δώσουμε ένα παράδειγμα για το πώς λειτουργούν οι πρόσθετες μπαταρίες. Όταν ο καιρός έξω είναι καλός και ηλιόλουστος, η φόρτιση πηγαίνει γρήγορα και μετά από σύντομο χρονικό διάστημα εμφανίζεται υπερβολική ενέργεια.

Επομένως, όλη αυτή η διαδικασία ελέγχεται από έναν ειδικό ρεοστάτη, ο οποίος είναι ικανός να μετατρέπει όλη την περιττή ηλεκτρική ενέργεια σε πρόσθετα αποθέματα σε μια συγκεκριμένη στιγμή.

Μπορείτε να διαβάσετε κριτικές από ιδιοκτήτες ηλιακών πάνελ σε αυτό το άρθρο:

Αρχή λειτουργίας

Ποια είναι η αρχή λειτουργίας μιας εναλλακτικής πηγής ενέργειας;

Πρώτον, τα ηλιακά κύτταρα είναι γκοφρέτες πυριτίου. Με τη σειρά του, το πυρίτιο στη χημική του σύνθεση είναι εξαιρετικά παρόμοιο με το καθαρό πυρίτιο. Ήταν αυτή η απόχρωση που κατέστησε δυνατή τη μείωση του κόστους μιας ηλιακής μπαταρίας και τη θέση της στη γραμμή συναρμολόγησης.

Το πυρίτιο πρέπει να κρυσταλλώνεται, αφού το ίδιο είναι ημιαγωγός. Οι απλοί κρύσταλλοι είναι πολύ πιο απλοί στην κατασκευή, αλλά δεν έχουν πολλές ακμές, λόγω των οποίων τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται σε ευθεία γραμμή.