Como funcionam os painéis solares

O design de uma bateria solar e o princípio de sua operação dependem de quais materiais e de qual tecnologia ela é feita. Portanto, você precisa entender as características das principais opções para entender quais são suas diferenças e escolher a solução adequada para uso. Todos os dados são relevantes para produtos de alta qualidade, baterias baratas podem não atender aos parâmetros declarados, pois geralmente são fabricadas com violações de tecnologia.

Projeto de painel solar rígido padrão.

Terminologia

Os principais termos usados ​​nesta área:

1. A energia solar é a eletricidade que é obtida do sol ao usar painéis.
2. Insolação solar - mostra quanta luz solar incide em um metro quadrado de uma superfície localizada perpendicularmente aos raios.
3. As células fotovoltaicas são módulos capazes de converter a luz solar em energia elétrica. Geralmente produzem de 1 a 2 watts de energia, mas também existem opções mais produtivas.
4. Um sistema fotovoltaico é um conjunto de equipamentos que converte a luz solar em eletricidade.
5. Painéis ou painéis solares são um grupo de células fotovoltaicas agrupadas em um grande módulo e conectadas em série ou em série-paralelo. Normalmente, uma bateria inclui de 36 a 40 segmentos.
6. Uma matriz é uma série de painéis solares conectados para fornecer a quantidade desejada de corrente.
7. Módulos de estrutura - estruturas em estrutura de alumínio, duráveis ​​e seladas.
8. Elementos sem moldura são opções flexíveis, são usados ​​em condições de cargas mais baixas.
9. Quilowatt-hora (kW) é uma medida padrão de energia elétrica.
10. Eficiência (eficiência) - painéis solares. Mostra quanta energia solar que atinge a superfície é convertida em eletricidade. Normalmente, o indicador é de 15 a 24%.
11. A degradação é uma diminuição da capacidade dos painéis solares que ocorre devido a causas naturais. É medido como uma porcentagem dos indicadores originais.
12. As cargas de pico são momentos em que a maior quantidade de eletricidade é necessária.
13. O silício cristalino é a matéria-prima para a fabricação de painéis solares. A opção mais comum e durável para hoje.
14. O silício amorfo é uma composição depositada na superfície por evaporação e coberta com uma composição protetora.
15. Semicondutores são substâncias que podem conduzir corrente sob certas condições. Isso inclui a maioria dos novos materiais usados ​​na fabricação de painéis solares.
16. Um inversor é um dispositivo para converter corrente contínua em corrente alternada.
17. Controlador - regula a tensão de saída dos módulos solares para carregar adequadamente as baterias.

Mapa de insolação no território da Rússia.

Estes são apenas os termos mais comuns, existem opções adicionais. Mas mesmo sabendo o básico irá ajudá-lo a entender o tópico muito melhor.

Categorias de qualidade

Para avaliar a qualidade de um painel solar, é necessário antes de tudo conhecer a classe de matérias-primas utilizadas para a produção de células fotovoltaicas. A eficiência e a vida útil dos produtos acabados dependem disso. 4 classes principais:

1. Nota A - a melhor opção, na qual não há danos e rachaduras. A uniformidade do enchimento e a lisura da superfície garantem um alto desempenho, que muitas vezes é ainda maior do que o indicado na documentação. Além disso, esta opção tem a menor taxa de degradação e mantém um bom desempenho por muito tempo.
2. Série b ligeiramente pior em qualidade, pode haver defeitos na superfície. Mas ao mesmo tempo, na maioria das vezes, o uso possibilita a obtenção de produtos comparáveis ​​em eficiência à classe A. Os indicadores de degradação são uma ordem de grandeza piores, portanto, perdem suas características originais mais rapidamente.
3. Classe C - uma opção em que pode haver defeitos bastante graves - de rachaduras a lascas e outros danos. A um preço, esses módulos são muito mais baratos, mas sua eficiência não excede 15%. Uma solução barata que é adequada para pequenas cargas.
4. Grau D - em essência, trata-se dos resíduos remanescentes após a fabricação de células fotovoltaicas, que não devem ser usadas para fabricar baterias. Mas muitos fabricantes não muito honestos, especialmente da Ásia, os usam na produção. O desempenho desta opção é extremamente baixo.

É melhor escolher a primeira opção, em casos extremos, a segunda também é adequada.Somente eles podem fornecer eficiência normal e servirão por um longo tempo.

A película protetora dos painéis solares também deve ser de alta qualidade.

O material de laminação EVA é um filme especial que está localizado na parte frontal e pode ser usado no lado errado. O objetivo principal é proteger os elementos de trabalho dos efeitos adversos sem interferir na luz solar. As opções de alta qualidade duram cerca de 25 anos, as de baixa qualidade - de 5 a 10. É impossível determinar a variedade a olho nu, por isso é mais fácil proceder a partir do preço - para boas opções, não será baixo.

No vídeo, por exemplo, eles entendem claramente como uma corrente elétrica surge sob a influência da luz solar.

Princípio da Operação

É bastante difícil explicar os recursos da bateria solar, mas você pode entender os pontos gerais:

1. Quando a luz solar atinge as fotocélulas, a formação de pares elétron-buraco em desequilíbrio começa ali.
2. Devido ao excesso de elétrons, eles começam a se mover para a camada inferior do semicondutor.
3. A tensão é aplicada ao circuito externo. Um pólo positivo aparece no contato da camada p e um pólo negativo aparece no contato da camada n.
4. Se uma bateria for conectada às fotocélulas, um círculo vicioso é obtido e os elétrons em constante movimento fornecem uma carga gradual da bateria.
5. Os módulos de silício convencionais são células de junção única que só podem gerar energia a partir de um certo espectro de luz solar. É por isso que a eficiência do equipamento é baixa.
6. Para resolver o problema, os fabricantes desenvolveram opções em cascata, que podem tirar energia de diferentes raios do espectro solar.Isso aumenta a eficiência, mas devido ao alto custo de produção, o preço desses painéis é muito maior.
7. A energia que não é convertida em eletricidade se transforma em calor, então os painéis solares aquecem até 55 graus durante a operação e as baterias semicondutoras até 180. Além disso, à medida que a bateria solar aquece, a eficiência da bateria solar diminui.

O esquema mais simples da bateria solar.

A propósito! Os painéis solares são mais eficientes em dias claros de inverno, quando há luz suficiente e a baixa temperatura esfria a superfície.

Do que eles são feitos

Para estudar o dispositivo de uma bateria solar, você precisa entender as principais variedades, pois a tecnologia de produção possui diferenças significativas dependendo das matérias-primas utilizadas:

1. Baterias CdTe. O telureto de cádmio é usado na fabricação de módulos de filme. Uma camada de várias centenas de micrômetros é suficiente para obter uma eficiência da ordem de 11% ou um pouco superior. Este é um número francamente baixo, mas em termos de 1 watt de potência, o custo da eletricidade é pelo menos 30% mais barato do que as opções tradicionais de silício. Apesar do fato de que esta variedade é muito mais fina e leve.
2. Tipo CIGS. A abreviatura significa que a composição inclui cobre, índio, gálio e selênio. Acontece que um semicondutor, que também é aplicado em uma pequena camada, mas ao contrário da primeira opção, a eficiência aqui é uma ordem de magnitude maior e chega a 15%.
3. Tipos de GaAs e InP distingue a possibilidade de aplicar uma camada fina de 5-6 mícrons, enquanto a eficiência será de cerca de 20%. Esta é uma palavra nova em tecnologias para extrair eletricidade da luz solar.Devido às altas temperaturas de operação, as baterias podem ficar muito quentes sem perda de desempenho. Mas devido ao fato de que materiais de terras raras são utilizados na produção, o custo desse tipo é alto.
4. Baterias de ponto quântico (QDSC). Eles usam pontos quânticos como material absorvente para converter energia solar em vez de materiais a granel tradicionais. Devido às características do ajuste de band gap, é possível fazer módulos multi-junção que absorvam a energia solar de forma mais eficiente.
5. Silício amorfo aplicado por evaporação e tem uma estrutura heterogênea. Não tem alta eficiência, mas uma superfície homogênea absorve muito bem a luz espalhada.
6. Policristalino as variantes são feitas derretendo o silício e resfriando-o sob certas condições para produzir cristais unidirecionais. Uma das soluções mais comuns devido ao baixo custo de produção e bons indicadores de eficiência.
7. Monocristalino elementos consistem em cristais sólidos cortados em placas finas e dopados com fósforo. A solução mais durável com baixas taxas de degradação e uma vida útil de pelo menos 30 anos, mas na maioria das vezes de 10 a 15 anos a mais.

As baterias feitas de telureto de cádmio são uma das mais rentáveis ​​em termos de custo por quilowatt de eletricidade.

A propósito! A eficácia de uma ou outra opção depende da tecnologia de produção, por isso precisa ser esclarecida.

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Tipos e métodos de instalação de painéis solares

 

Prós e contras dos painéis solares

Cada tipo possui características próprias que devem ser consideradas na escolha para decidir qual tipo é mais adequado:

1. Os painéis monocristalinos têm a mais alta eficiência e, devido a isso, a área para a colocação dos módulos é economizada. Eles duram pelo menos 25 anos e perdem energia lentamente. Ao mesmo tempo, a superfície é muito sensível à sujeira, devendo ser lavada com frequência. E o preço é o mais alto de todas as opções baseadas em silício.
2. As opções policristalinas não absorvem os raios solares com tanta eficiência, mas funcionam melhor em luz difusa. Em termos de relação preço-qualidade, são mais rentáveis, mas ocupam mais espaço devido à menor eficiência.
3. As baterias de silício amorfo podem ser colocadas em qualquer lugar, inclusive nas paredes dos edifícios, pois absorvem bem a luz dispersa. Com uma eficiência baixa, têm um preço baixo, por isso podem ser usados ​​como uma opção econômica. Ao mesmo tempo, eles servem por muito tempo e não têm tanto medo de contaminação da superfície.
4. As opções de terras raras têm vantagens e desvantagens semelhantes, então você pode considerá-las juntas. Em termos de eficiência, eles são superiores aos painéis clássicos, podem ser aplicados ao filme, o que é conveniente. Eles têm uma faixa de temperatura maior, portanto, o aquecimento não afeta a eficiência do trabalho. Mas devido ao alto preço e raridade dos metais, essas opções não são amplamente utilizadas.

A opção de montagem na parede simplifica o trabalho de instalação.

Onde são usados

Todas as opções consideradas podem ser instaladas no setor privado para receber eletricidade do sol e economizar recursos energéticos ou até obter autonomia total. Quanto ao uso, você precisa considerar algumas recomendações simples:

1. As opções monocristalinas e policristalinas são melhor colocadas no telhado ou no solo, tendo previamente construído o quadro no ângulo desejado.É desejável que o ângulo de inclinação seja regulado, para que você possa se adaptar ao sol.
2. Os módulos de filme podem ser colocados em qualquer lugar, tanto em paredes quanto em telhados. Eles funcionam bem mesmo que os raios não atinjam a superfície em um ângulo reto, o que é muito importante.
3. Em escala industrial, as baterias de filme também são preferidas por serem mais baratas e fáceis de instalar.

As opções de filme são mais fáceis de instalar com grandes quantidades de trabalho.

Existem diversas variedades de células solares, mas cerca de 90% do mercado é ocupado por modelos tradicionais de silício devido ao seu baixo preço e bom desempenho. Você pode escolher uma das soluções de semicondutores, mas terá que gastar uma vez e meia a duas vezes mais dinheiro.