Принцип роботи сонячних батарей. Їх будова та характеристики

Вітаю Вас, дорогі читачі. У цій статті ми розглянемо принцип роботи сонячних батарей. У наш час практично кожен може зібрати і отримати у власне розпорядження своє незалежне джерело електроенергії на сонячних батареях (у науковій літературі вони називаються фотоелектричними панелями).

Принцип роботи сонячних батарей

Дороге обладнання з часом компенсується можливістю отримувати безкоштовну електроенергію. Важливо, що сонячні батареї – це екологічно чисте джерело енергії. За останні роки ціни на фотоелектричні панелі впали в десятки разів і вони продовжують знижуватися, що свідчить про великі перспективи при їх використанні. У класичному вигляді таке джерело електроенергії буде складатися з наступних частин: сонячної панелі (батареї) (генератора постійного струму), акумулятора з пристроєм контролю заряду і інвертора, який перетворює постійний струм в змінний.

Сонячні батареї складаються з набору сонячних елементів (фотоелектричних перетворювачів), які перетворюють сонячну енергію в електричну. Більшість сонячних елементів виготовляють з кремнію, який має досить високу вартість. Цей факт визначає високу вартість електричної енергії, яка виходить при використанні сонячних батарей.

Поширені два види фотоелектричних перетворювачів: зроблені з монокристалічного і полікристалічного кремнію. Вони відрізняються технологією виробництва. Перші мають ккд до 17,5%, а другі – 15%.

Найбільш важливим технічним параметром сонячної батареї, яка робить основний вплив на економічність всієї установки, є її корисна потужність. Вона визначається напругою і вихідним струмом. Ці параметри залежать від інтенсивності сонячного світла, що потрапляє на батарею. Електрорушійна сила окремих сонячних елементів не залежить від їх площі та знижується при нагріванні батареї сонцем, приблизно на 0,4% на 1 гр. С. Вихідний струм залежить від інтенсивності сонячного випромінювання і розміру сонячних елементів. Чим яскравіше сонячне світло, тим більший струм генерується сонячними елементами. Зарядний струм і потужність, що віддається в похмуру погоду різко знижується. Це відбувається за рахунок зменшення віддачі батареєю струму.

З чого складається сонячна батарея

Сонячна батарея складається із окремих сонячних елементів, які з’єднуються послідовно і паралельно для того, щоб збільшити вихідні параметри (струм, напруга і потужність). При послідовному з’єднанні елементів збільшується вихідна напруга, при паралельному – вихідний струм. Для того, щоб збільшити і струм і напруга комбінують два цих способу з’єднання.

Крім того, при такому способі з’єднання вихід з ладу одного з сонячних елементів не призводить до виходу з ладу всього ланцюжка, тобто підвищує надійність роботи всієї батареї. Таким чином, сонячна батарея складається з паралельно-послідовно з’єднаних сонячних елементів. Величина максимально можливого струму, що віддається батареєю прямо пропорційна кількості паралельно включених та послідовно включених сонячних елементів. Так комбінуючи типи з’єднання збирають батарею з необхідними параметрами.

Принцип роботи сонячних батарей

Одержана електрична енергія накопичується в акумуляторах, а потім віддається в навантаження. Акумулятори – хімічні джерела струму. Заряд акумулятора відбувається тоді, коли до нього прикладена потенціал, який більший від напруги акумулятора. Число послідовно і паралельно з’єднаних сонячних елементів повинно бути таким, щоб робоча напруга підводиться до акумуляторів з урахуванням падіння напруги та трохи перевищувала напругу акумуляторів, а навантажувальний струм батареї забезпечував необхідну величину зарядного струму. Наприклад, для зарядки свинцевої акумуляторної батареї 12 В необхідно мати сонячну батарею яка складається з 36 елементів.

При слабкому сонячному світлі заряд акумуляторної батареї зменшується і батарея віддає електричну енергію електрообладнанню, тобто акумуляторні батареї постійно працюють у режимі розряду і підзаряду. Це процес контролюється спеціальним контролером. При циклічному заряді потрібна постійна напруга або постійний струм заряду. При гарній освітленості акумуляторна батарея швидко заряджається до 90% своєї номінальної ємності, а потім з меншою швидкістю заряду до повної ємності. Перемикання на меншу швидкість заряду проводиться контролером зарядного пристрою.

Найбільш ефективним є використання спеціальних акумуляторів – гелієвих (у батареї в якості електроліту застосовується сірчана кислота) і свинцеві батарей, які зроблені за AGM-технології. Цим батареям не потрібні спеціальні умови для встановлення і вони не потребують обслуговування. Паспортний термін служби таких батарей – 10 — 12 років при глибині розряду не більше 20%. Акумуляторні батареї ніколи не повинні розряджатися нижче цього значення, інакше їх термін служби різко скорочується!

Акумулятор під’єднується до сонячної батареї через контролер, який контролює її заряд. При заряді батареї на повну потужність до сонячної батареї підключається резистор, який поглинає надлишкову потужність.

Для того щоб перетворювати постійну напругу від акумуляторної батареї в змінну напругу, яку можна використовувати для живлення більшості електроприладів спільно з сонячною батареєю можна використовувати спеціальні пристрої – інвертори. Без використання інвертора від сонячної батареї можна живити електрообладнання, яке працює на постійній напрузі, в т. ч. різну портативну техніку, енергозберігаючі джерела світла, наприклад, ті ж світлодіодні лампи.