太陽電池の動作原理
この装置は、太陽光線を直接電気に変換するように設計されています。この作用を光電効果と呼びます。元素の製造に使用される半導体（シリコンウェーハ）は、正と負に帯電した電子を持ち、n層（-）とp層（+）の2つの層で構成されています。日光の影響下にある過剰な電子は、層からノックアウトされ、別の層の空の場所を占有します。これにより、自由電子が絶えず移動し、あるプレートから別のプレートに移動して、バッテリーに蓄えられた電気を生成します。
太陽電池がどのように機能するかは、その設計に大きく依存します。太陽電池はもともとシリコンから作られていました。それらは依然として非常に人気がありますが、シリコンの洗浄プロセスは非常に手間とコストがかかるため、カドミウム、銅、ガリウム、インジウムの化合物からの代替フォトセルを使用してモデルが開発されていますが、生産性は低くなります。
太陽電池パネルの効率は、技術の進歩とともに向上しました。今日、この数字は、世紀の初めに記録された1パーセントから20パーセント以上に増加しました。これにより、今日では国内のニーズだけでなく、生産にもパネルを使用することができます。
仕様
太陽電池デバイスは非常にシンプルで、いくつかのコンポーネントで構成されています。
直接太陽電池/ソーラーパネル;
直流を交流に変換するインバーター。
バッテリーレベルコントローラー。
ソーラーパネル用のバッテリーの購入は、必要な機能に基づいている必要があります。彼らは電気を蓄え、分配します。保管と消費は1日中行われ、夜間は累積料金のみが消費されます。したがって、エネルギーの一定かつ継続的な供給があります。
バッテリーの過度の充電と放電は、バッテリーの耐用年数を短くします。ソーラーバッテリー充電コントローラーは、バッテリーが最大パラメーターに達すると、バッテリー内のエネルギーの蓄積を自動的に一時停止し、デバイスが大量に放電されると、デバイスの負荷をオフにします。
（Tesla Powerwall-7 kWソーラーパネルバッテリー-および電気自動車の家庭用充電）
ソーラーパネル用のグリッドインバーターは、最も重要な設計要素です。太陽光線から受け取ったエネルギーをさまざまな容量の交流に変換します。同期コンバーターであるため、周波数と位相の電流の出力電圧を固定ネットワークと組み合わせます。
フォトセルは、直列と並列の両方で接続できます。後者のオプションは、電力、電圧、および電流のパラメーターを増やし、1つの要素が機能を失った場合でもデバイスが機能できるようにします。組み合わせたモデルは、両方のスキームを使用して作成されます。プレートの耐用年数は約25年です。
民家用のソーラーパネルの選択
個人の家用のソーラーパネルを購入する前に、以下を確認してください。
- 部屋の電気の毎日の消費;
- パネルを設置する場所（南向き、影がなく、適切な傾斜角度を設定する必要があります）。
- バッテリーは、摂氏25度までのこの温度の暖かい部屋に置かれます。
- 電化製品のピーク負荷を考慮に入れてください。
- システムの季節的または永続的な使用。
光の活動が活発な地域では、単結晶電池が最適です。夏の別荘や個人的な区画の場合、季節的な使用が計画されている場合は、マイクロモルフィック多結晶モデルが最適です。それらは比較的安価で、拡散したサイドライトをよく認識し、曇りの天候で斜めに機能します。
計算例
郊外では3〜6 kWhの電気エネルギーを消費しますが、家庭で多数の電化製品や追加の照明を使用する場合は、この数値が高くなる可能性があります。 3階建てのコテージは、20〜50kWh以上を消費します。提供された情報に基づいて計算を行います。
| № | エネルギー消費者 | パワー、W | 量 | 作業時間、h | 1日あたりの消費電力、kWh |
| 1 | ランプ | 90 | 3 | 3 | 1 |
| 2 | ランプ | 50 | 3 | 3 | 0,56 |
| 3 | テレビ | 150 | 1 | 4 | 0,7 |
| 4 | ポンプ | 400 | 1 | 2 | 1 |
| 5 | 冷蔵庫 | 1200 | 1 | 2 | 3 |
| 6 | ノート | 400 | 1 | 2 | 0,8 |
| 7 | 衛星 | 20 | 1 | 4 | 0,9 |
| 合計： | — | — | — | 7 kW（損失を含む） |
コテージのエネルギー強度は7kW（損失を含む）です。家がエネルギー供給に十分な日光がある南部にある場合、約20個のバッテリーが必要になります。 1つのパネルの動作電力は400ワットです。この量は、4〜6人の家族が恒久的に住んでいる郊外にエネルギーを供給するのに十分です。
インストール
特定の会社の製品を購入すると、詳細な配線図と手順が表示され、無停電電源装置とソーラーパネルを自分の手で取り付けることができます。ただし、システムのインストールと構成を処理したくない場合、またはこれまでにこれを実行したことがない場合は、この作業を専門家に任せてください。
専門家が現場に出向き、短時間で設備の設置・試運転を行います。太陽光発電所の設置は、システムの複雑さにもよりますが、平均して1日から4日かかり、無停電電源装置は1日から2日で設置されます。
ソーラーモジュールの設置は、事前に承認されたスキームとシステムのすべてのコンポーネントに従って行われます。バッテリー、充電コントローラー、コンバーターは、便利でアクセスしやすい場所に設置されています。発電所はメンテナンスが簡単です。 ソーラーパネルの表面は滑らかです 雪やほこりがたまらない特殊ガラス製。ソーラーシステムに使用されるバッテリーはメンテナンスフリーで、最長10年の寿命があります。
チップ
専門家は、ソーラーパネルを適切に設置して接続する方法についていくつかの推奨事項を示しています。
ほとんどの場合、代替エネルギー源を使用する製品は、住宅建設の屋根または壁に取り付けられますが、特別な信頼性の高いサポートを使用することはほとんどありません。
いずれの場合も、停電は完全に排除する必要があります。つまり、バッテリーは、高い木々や隣接する建物の影に当たらないように配置する必要があります。
プレートのセットのインストールは列で実行され、それらの配置は平行です。この点で、高い列が下の列に影を落とさないようにすることが非常に重要です。この要件は非常に重要です。完全または部分的なシェーディングはエネルギー生成の削減と完全な停止を引き起こし、さらに「逆電流」の形成の影響が発生する可能性があり、これはしばしば機器の故障を引き起こします。
太陽光に対する適切な向きは、パネルの効率と効果にとって重要です。
表面がすべての可能な紫外線を受け取ることが非常に重要です。正しい向きは、建物の地理的位置に関するデータに基づいて計算されます
たとえば、パネルが建物の北側に取り付けられている場合、パネルは南に向ける必要があります。
同様に重要なのは、構造物の全体的な傾斜角度です。これは、構造物の地理的な向きによっても決まります。専門家は、この指標は家の場所の緯度に対応する必要があると計算しました。太陽は時期によって地平線の上の場所を数回変更するため、最終的な設置角度を調整することを検討するのは理にかなっています。バッテリー。通常、補正は12度を超えません。
- バッテリーは、寒い冬には定期的に雪の攻撃から、暖かい季節には雨の汚れから、効率を大幅に低下させるため、バッテリーに自由にアクセスできるように配置する必要があります。電池の使用について。
- 現在までに中国とヨーロッパで販売されているソーラーパネルのモデルは多く、コストが異なるため、誰もが自分の予算に最適なモデルをインストールできます。
結論として、このエネルギー源は環境にまったく害を及ぼさないので、私たちの惑星はソーラーパネルの使用から最大の利益を受け取ることに注意する必要があります。あなたが消費者として、私たちの地球の未来、その土地資源の可能性、そして天然資源の保護に関心を持っているなら、ソーラーパネルが最良の選択です。
家の屋根に太陽電池を取り付ける方法については、次のビデオを参照してください。
トピックに関する結論
太陽光発電所の設置に対する専門的なアプローチにより、すべての要素、ニュアンスを考慮に入れ、迷惑なミスを回避することができます。
ソーラーパネルを設置するための一般的な規則
ソーラーパネルを設置する際には、5つの要素を考慮する必要があります。これらの要素の組み合わせによって、最終的に設置場所と設置方法が決まります。
- 熱放散
- 影
- オリエンテーション
- 傾斜
- サービスの可用性
前述のように、熱放散は電池の性能を維持する上で重要な役割を果たします。パネルと設置面の間に換気ギャップを残すことが不可欠であり、それが大きいほど良いです。通常、パネルと平面の間にモジュールを取り付けるためのフレームまたはフレームを取り付ける場合、5〜10センチメートルが残ります。別のフレームまたはロッドに取り付けると、最大限の換気が確保されます。
木や建物からバッテリーに影が落ちると、影付きのセルが「オフ」になり、高価な単結晶モジュールの劣化が加速し、多結晶モジュールの発電が完全に停止します。メーカーは、電気回路の遮断による「ホットスポット」のリスクを最小限に抑えるためのさまざまな方法を提供しています。これは、購入時に考慮する必要があります。ただし、「ハード」シャドウがバッテリーに当たらないようにバッテリーを取り付けることをお勧めします。霧、雲、またはスモッグによる「柔らかい」影はバッテリーに害を及ぼすことはなく、出力を低下させるだけです。
バッテリーを南に向ける必要があります。そうすれば、日射量が最大になります。他のすべてのインストール方法は妥協であり、それらを考慮しない方がよいでしょう。モジュールの購入に数万ルーブルを費やすことは不合理ですが、バッテリーを太陽に向けないようにすることは不合理です。ロシア連邦のさまざまな地域の日射量マップはインターネットで公開されており、公開されています。ロシアの中央帯は、主に日射量の2番目のゾーンにあります。適切に設置された理想的なソーラーモジュールのメートルは、最大3kWh/日を生成できます。
表面をすばやく洗浄するためのバッテリーが利用できるため、専門家の関与なしにこの簡単な操作を実行できます。冬には表面を雪から解放し、夏には風や雨によって引き起こされるほこりや汚れから解放する必要があります。近くに建設中の物体がある場合は、モジュールの表面を毎日清掃する必要があります。これを行う最も簡単な方法は、ホースまたは窓拭き用ブラシから水を噴射することです。
最大の効率を達成する方法
あなたの家のためにソーラーパネルを購入するとき、あなたの家に十分な電力を提供できるデザインを選ぶことは非常に重要です。曇りの日におけるソーラーパネルの効率は、1平方メートルあたり1時間あたり約40Wであると考えられています。
実際、曇りの日には、地上での光の電力は1平方メートルあたり約200ワットですが、太陽光の40％は赤外線であり、ソーラーパネルは影響を受けません。バッテリー効率が25％を超えることはめったにないことも考慮する価値があります。
強い日光からのエネルギーが1平方メートルあたり500Wに達することもありますが、計算では最小値を考慮に入れる必要があります。これにより、自律型電源システムが中断されなくなります。
年間平均をとると、毎日平均9時間太陽が輝いています。 1日で、コンバーターの表面の1平方メートルは1キロワットの電気を生成することができます。家の住人が1日あたり約20キロワットの電力を消費する場合、ソーラーパネルの最小面積は約40平方メートルである必要があります。
ただし、実際の電力消費量のこのような指標はまれです。原則として、テナントは1日あたり最大10kWを使用します。
ソーラーパネルが冬に機能するかどうかについて話す場合、今年のこの時期には日照時間が大幅に短縮されることを覚えておく価値がありますが、システムに強力なバッテリーを提供する場合、1日あたりに受け取るエネルギーはバックアップバッテリーの存在を考慮に入れると、十分です。
太陽電池を選ぶときは、電池の容量に注意を払うことが非常に重要です。夜間に機能するソーラーパネルが必要な場合は、予備電源の容量が重要な役割を果たします。また、デバイスは頻繁な再充電に耐える必要があります。
また、デバイスは頻繁な再充電に耐える必要があります。
ソーラーパネルの設置費用は100万ルーブルを超える可能性がありますが、太陽エネルギーは完全に無料であるため、費用は数年以内に完済します。
太陽電池はどのように機能しますか
地球上のすべての生き物は、太陽のエネルギーのおかげで生まれました。毎秒、大量のエネルギーが太陽放射の形で惑星の表面にやって来ます。私たちが家を暖めるために何千トンもの石炭や石油製品を燃やしている間、赤道に近い国々は暑さに苦しんでいます。太陽のエネルギーを人間のニーズに使用することは、探究心のある人にとって価値のある仕事です。この記事では、太陽光を電気エネルギーに直接変換する太陽電池の設計について検討します。
薄いウェーハは、物理的特性の異なる2層のシリコンで構成されています。内層は、正孔伝導性を備えた純粋な単結晶シリコンです。外側は、たとえばリンの混合物など、「汚染された」シリコンの非常に薄い層で覆われています。プレートの裏側には、固体の金属接点が適用されています。 n層とp層の境界では、電荷のオーバーフローの結果として、n層に補償されていない正の体積電荷を持つ枯渇ゾーンが形成されます。層と体積の負電荷 p層で。これらのゾーンは一緒にp-n接合を形成します。
接合部で発生するポテンシャル障壁は、主な電荷キャリアの通過を防ぎます。 p層の側面からの電子ですが、マイナーキャリアを反対方向に自由に通過します。 p-n接合のこの特性により、太陽電池に太陽光を照射したときに光起電力が得られる可能性が決まります。 SCが照射されると、吸収された光子は非平衡電子正孔対を生成します。 p-n接合の近くのp層で生成された電子は、p-n接合に近づき、そこに存在する電界によってn領域に運ばれます。
同様に、n層に作成された余分な穴は、部分的にp層に転送されます。その結果、n層は追加の負電荷を獲得し、p層は正電荷を獲得します。半導体のp層とn層の初期接触電位差が小さくなり、外部回路に電圧が発生します。電流源の負極はn層に対応し、p層は正極に対応します。
最新の太陽電池のほとんどは、単一のp-n接合を持っています。このような元素では、自由電荷キャリアは、エネルギーがバンドギャップ以上の光子によってのみ生成されます。言い換えれば、単一の接合セルの光電応答は、エネルギーがバンドギャップよりも高い太陽スペクトルの部分に限定され、より低いエネルギーの光子は使用されません。この制限は、バンドギャップが異なる2つ以上のSCの多層構造によって克服できます。このような要素は、マルチジャンクション、カスケード、またはタンデムと呼ばれます。それらは太陽スペクトルのはるかに大きな部分で動作するため、より高い光起電力変換効率を持っています。典型的な多接合太陽電池では、太陽光が最初に最大のバンドギャップを持つセルに当たり、最大のエネルギーを持つ光子が吸収されるように、単一の太陽電池が前後に配置されます。
電池は日光ではなく、原則として日光で動作します。電磁放射は一年中いつでも地球に到達します。ちょうど曇りの天気では、より少ないエネルギーが生成されます。たとえば、自律型太陽光発電ライトを設置しました。もちろん、バッテリーが完全に充電される時間がない短い期間があります。しかし、一般的に、これは冬の間はそれほど頻繁には起こりません。
興味深いことに、太陽電池パネルに雪が降っても、太陽エネルギーを変換し続けます。そして、フォトセルが熱くなるという事実のために、雪自体が溶けます。原理は車のガラスを加熱するのと同じです。
太陽電池の凍るような雲ひとつない日のための完璧な冬の天気。そのような日には、世代記録さえも整理できることがあります。
冬になると、ソーラーパネルの効率が低下します。モスクワとモスクワ地域では、平均して月に8分の1の電力しか発電していません。たとえば、夏には自宅で冷蔵庫、コンピューター、天井照明を操作するために1 kWのエネルギーが必要であり、冬には信頼性のために2kWを蓄える方がよいとしましょう。
同時に、極東では日照時間が長くなり、効率が1.5倍から2倍低下します。そしてもちろん、南に行くほど、冬と夏の差は小さくなります。
モジュールの傾斜角度も重要です。年間のユニバーサル角度を設定できます。そして、季節に応じて毎回変更することができます。これは家の所有者によってではなく、サイトに行く専門家によって行われます。
ソーラー接続オプション
ソーラーパネルは、いくつかの個別のパネルで構成されています。電力、電圧、電流の形でシステムの出力パラメータを増やすために、物理法則を適用して、要素が相互に接続されます。
複数のパネルの相互接続は、3つのソーラーパネル取り付け方式のいずれかを使用して実行できます。
- 平行;
- 一貫性のある;
- 混合。
並列回路では、同じ名前の端子を相互に接続します。この場合、要素には、導体の収束と分岐の2つの共通ノードがあります。
並列回路では、プラスがプラスに接続され、マイナスがマイナスに接続されます。その結果、出力電流が増加し、出力電圧は12ボルト以内に留まります。
並列回路で可能な最大出力電流の値は、接続されている要素の数に正比例します。数量を計算するための原則は、推奨する記事に記載されています。
直列回路には、反対の極の接続が含まれます。最初のパネルの「プラス」と2番目のパネルの「マイナス」です。 2番目のパネルの残りの未使用の「プラス」と最初のバッテリーの「マイナス」は、回路に沿ってさらに配置されたコントローラーに接続されます。
このタイプの接続は、電流の流れの条件を作成します。この条件では、エネルギーキャリアをソースからコンシューマーに転送する方法は1つしかありません。
シリアル接続では、出力電圧が上昇して24ボルトに達します。これは、ポータブル機器、LEDランプ、および一部の電気受信機に電力を供給するのに十分です。
直並列または混合回路は、複数のグループのバッテリーを接続する必要がある場合に最もよく使用されます。この回路を適用することにより、出力で電圧と電流の両方を増加させることができます。
直並列接続方式では、出力電圧がマークに達し、その特性が家庭用タスクの大部分を解決するのに最適です。
このオプションは、システムの構造要素の1つに障害が発生した場合でも、他の接続チェーンが機能し続けるという意味でも有益です。これにより、システム全体の信頼性が大幅に向上します。
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太陽電池の接続
ニーズに応じたパネル数
ソーラー機器のシリアル接続
照明器具への直接接続
直並列回路を組み立てる原理は、各グループ内のデバイスが並列に接続されているという事実に基づいています。そして、1つの回路内のすべてのグループの接続が順番に実行されます。
異なるタイプの接続を組み合わせることにより、必要なパラメータを備えたバッテリーを組み立てることは難しくありません。主なことは、接続されたセルの数は、充電回路での低下を考慮して、バッテリーに供給される動作電圧がバッテリー自体の電圧を超え、同時にバッテリーの負荷電流を超えるようなものでなければならないということです時間は必要な充電電流量を提供します。
