Күн батареясы - фотоэлектрлік түрлендіргіштер (фотокеллер) - жылу энергиясын өндіретін күн коллекторларына қарағанда күн энергиясын тікелей электр тогына тікелей айналдыратын жартылай өткізгіш құрылғылар.

Күн сәулесін жылу және электр энергиясына айналдыруға мүмкіндік беретін әртүрлі құрылғылар күн энергиясын зерттеудің объектісі болып табылады (Helios грек тілінен. Helios - Күн). Фотоэлектрлік камералар мен күн коллекторларының өндірісі әртүрлі бағытта дамып келеді. Күн панельдері әртүрлі мөлшерде болады: кіріктірілген микрокалькуляторлардан бастап, төбеге орнатылатын автомобильдер мен ғимараттарға дейін.

Оқиға

1842 жылы Александр Эдмонд Беккерель жарықты электр энергиясына түрлендірудің әсерін ашты. Чарльз Фритц селенді электр энергиясына айналдыру үшін қолдана бастады. Күн панельдерінің алғашқы прототиптерін итальяндық фотохимик Джакомо Луиджи Чамикан жасаған.

1948 жылы 25 наурызда Bell Laboratories мамандары электр тогын шығаратын алғашқы кремний негізіндегі күн панельдерінің құрылуы туралы жариялады. Бұл жаңалықты компанияның үш қызметкері жасады - Калвин Саутер Фуллер (Калвин Саутер Фуллер), Дэрил Чапин (Дарил Чапин) және Джералд Пирсон (Джералд Пирсон). 10 жылдан кейін, 1958 жылы 17 наурызда, АҚШ-та күн батареяларын қолданатын «Авангард-1» жер серігі ұшырылды. 1958 жылы 15 мамырда КСРО-да күн батареяларын қолданатын Спутник-3 спутнигі ұшырылды.

Күн панельдері туралы не білу керек

«Күн батареясы» - бұл күн энергиясын тікелей токқа түрлендіретін жартылай өткізгіш материалдардан тұратын бірнеше күн батареяларының жиынтығын білдіретін өрнек. Бұл процедура фотоэлектрлік эффект деп аталады. Осы микрофизикалық құбылысты бақылау зертханалық деңгейде игерілгеннен кейін, сала кремний күн модулдерін өндіруді де игерді. Күн панельдерінің тиімділігі - 18-22%. Олардағы фотокеллердің байланысы тізбекті және параллельді.

Олар орналасқан жақтау диэлектрлік материалдан жасалған.

Жазғы үй мен жеке үй үшін күн панельдерін қосу схемасы. Жүйенің дұрыс жұмысына электр станциясының тізбегінің барлық компоненттерін дұрыс таңдау әсер етеді. Күн батареясын құрайтын модульдердің сапасы фотондардың Күннен Жерге өткен жолының қаншалықты сәтті аяқталғанына байланысты.

Жеңіл сәулелену үшін бұл тұзаққа түсіп, олар тұрақты токпен электр тізбегінің бөлігі болады. Одан әрі, тапсырмаға байланысты, жинақталған энергия аккумуляторларда жиналады немесе олар 220 В розеткаларын беретін ауыспалы электр тогына айналады

Күн панельдерінің түрлері

Кремний жартылай өткізгіштерін өндіру үшін пайдаланылатын түрге сүйене отырып, күн панельдерінің модулдері екі санатқа бөлінеді: поликристалды , жалғыз кристалл .

Біріншілері ұқсас емес кристалдардың болуына байланысты әр түрлі беті бар тегіс квадрат түрінде болады. Оларды жасау үшін кремний балқымалары қолданылады. Алдымен шикізат арнайы пішіндерге құйылады, содан кейін балқыту арқылы алынған блоктар төртбұрышты табақтарға кесіледі. Өндіріс барысында балқытылған кремний массасы біртіндеп салқындауға ұшырайды.

Монокристалды панельдер тиімдірек және бірдей мөлшерде көп энергия өндіреді, бірақ поликристалды панельдер арзанырақ.Модуль 36 немесе 72 поликристалды тақтадан тұрады. Панель осындай түйіндердің жиынтығынан тұрады. Технология салыстырмалы түрде қарапайым, қымбат жабдықты қолдануды қажет етпейді және үлкен қаржылық салымдарды қажет етпейді. Бұл модульдердің минусы біреу - тиімділігі 18% аспайды.

Оларға деген басты сұраныс олардың арзан болуымен түсіндіріледі. Алдыңғылардан айырмашылығы, бір кристалды панельдердің беті біртекті. Бұл бұрыштардағы төртбұрышты кесу ретінде анықтауға болатын жұқа тақтайшалар. Оларды алу үшін кремний кристалы жасанды түрде өсіріледі. Бұл жағдайда қолданылатын күн батареялары кремний цилиндрлерінен тұрады.

Барлық жағынан кремний құймаларын кесу арқылы өнімділік жақсарады. Бұл процесс қымбат, бірақ нәтижелі. Бір кристалды элементтердің тиімділігі 22% жетуі мүмкін. Олардың құны аймақтағы поликристаллға қарағанда 10% жоғары.

Күн батареясы дегеніміз не?

Күн батареясы (SB) - бұл электр өткізгіштер көмегімен бір құрылғыға біріктірілген бірнеше фотоэлектрлік модульдер.

Егер батарея модульдерден тұрса (оларды панельдер деп те атайды), онда әр модуль бірнеше күн ұяшықтарынан тұрады (оларды ұяшықтар деп атайды). Күн батареясы - бұл батареялар мен бүкіл күн қондырғыларының негізгі элементі.

Фотосуретте әртүрлі форматтағы күн батареялары көрсетілген.

Бірақ фотоэлектрлік панельді құрастыру.

Іс жүзінде, фотоэлектрлік ұяшықтар токты түрлендіруге, оны жинақтап, тұтынушылар арасында таратуға қызмет ететін қосымша жабдықтармен бірге қолданылады. Үйдегі күн энергиясының жинағына келесі құрылғылар кіреді:

1. Фотоэлектрлік панельдер - күн сәулесі түскен кезде электр энергиясын өндіретін негізгі элемент.
2. Қайта зарядталатын батарея - бұл тұтынушыларға SB оны шығармайтын уақытта (мысалы, түнде) балама электрмен қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін энергия сақтау құрылғысы.
3. Контроллер - батареяларды уақытында қайта зарядтауға жауап беретін құрылғы, батареяларды артық зарядтау мен терең разрядтан қорғайды.
4. Инвертор - бұл электр энергиясын түрлендіргіш, ол шығыс кезінде қажетті жиілік пен кернеумен айнымалы ток алуға мүмкіндік береді.

Күн сәулесімен жұмыс істейтін электрмен жабдықтау жүйесі келесідей.

Схема өте қарапайым, бірақ оның тиімді жұмыс істеуі үшін оған тартылған барлық құрылғылардың жұмыс параметрлерін дұрыс есептеу қажет.

Күн панельдерінің элементтері мен жұмыс принципі

Күн батареясының міндеті - күн сәулесінің энергиясын тұрмыстық және өнеркәсіптік құрылғыларды қоректендіретін электр энергиясына айналдыру. Күн электр станциясының жұмысы, әдетте, әдеттегідей схема бойынша жүзеге асырылады.

Күн панелі 5 элементтен тұрады, күн қондырғысының алғашқы компоненті - фото панельдер.

Олардың құрамына кіретін жартылай өткізгіш құрылғылар аспан денесінің энергиясын тұрақты электр тогына айналдырады. Күн батареяларының күші де, кернеуі де әр түрлі болуы мүмкін, бірақ әрқашан 12 В-қа көбейеді. Күн батареясы - бұл модульдік құрылғылар жиынтығы. Батареяларды күн сәулесі түсетін жерлерде орналастырыңыз.

Күн панельдерінің жұмысын реттеу және басқару үшін электр тізбегіне батарея, инвертор және контроллер сияқты құрылғылар енгізілген. Батарея жүйеде өзінің дәстүрлі рөлін орындайды - ол электр энергиясында сақталады. Бұл тұрмыстық электр құрылғыларын орталықтандырылған желіден пайдалану кезінде пайда болады, ал үйді толығымен күн модулінен қуаттандыру кезінде артық электр энергиясы пайда болады.

Энергия қоймасы электр тізбегіне тұрақты кернеуді ұстап тұру үшін электр энергиясын береді. Әдетте, тізбеге екі батарея қосылады - бастапқы және резервтік. Біріншісі, электр энергиясын жинақтап, оны дереу электр желісіне жібереді.

Екіншісі жинақталған энергияны желідегі кернеудің төмендеуінен кейін береді. Көбінесе резервтік аккумуляторға қажеттілік ашық күн шуақты ауа-райында немесе фото панельдер жұмыс істемейтін түнде туындайды.

Күн батареяларын қосудың дұрыс схемасы Күн панелі мен аккумуляторлар арасындағы делдалдың бір түрі контроллер болып табылады. Бұл электрондық құрылғы батареяны зарядтау мен зарядсыздандыруды басқаратын, сондай-ақ осы процесті басқаратын функцияға ие.

Күннің әртүрлі уақыттарында жер бетінің бірлігі күн сәулесімен әртүрлі жолмен сәулеленеді. Сондықтан панельдің кернеуі де өзгереді. Батареяны қалыпты шектерде зарядтау үшін белгілі бір диапазонмен шектелген кернеу қажет. Күн коллекторы инсоляциядан туындаған бұзушылықты жояды. Мұндай құрылғының болуы аккумуляторды кейіннен қайнатумен зарядтауды болдырмайды. Сондай-ақ, контроллер бүкіл энергия жүйесінің сенімді жұмысына кепілдік беретін белгіленген мөлшерден төмен энергиямен қамтамасыз етудің төмендеуіне жол бермейді.

Фотоэлектрлік панельдерді есептеу

Фотоэлектрлік түрлендіргіштердің (күн панельдерінің) дизайнын есептеуді жоспарлау кезінде білуіңіз керек бірінші нәрсе - бұл күн панельдеріне қосылған жабдық тұтынатын электр қуаты. Ватт (Вт немесе кВт) өлшенетін болашақ күн энергиясын тұтынушылардың номиналды қуатын қорытындылай отырып, біз электр энергиясын тұтынудың орташа айлық нормасын - Вт / с (кВт * сағ) аламыз. Күн батареясының қажетті қуаты (Вт) алынған мән негізінде анықталады.

Мәселен, қуаттылығы 250 ватт шағын күн электр станциясы энергиямен қамтамасыз ете алатын электр жабдықтарының тізімін қарастырыңыз.

Кесте күн панельдерін өндірушілердің бірінің сайтынан алынды.

Тәуліктік энергияны тұтыну 950 Вт / с (0,95 кВт / сағ) және күн батареясының қуаты 250 Вт арасында сәйкессіздік бар, олар үздіксіз жұмыс кезінде күніне 6 кВт / сағ өндіріп отыруы керек (бұл көрсетілген қажеттіліктен әлдеқайда көп). Бірақ біз күн панельдері туралы нақты әңгіме қозғағандықтан, бұл құрылғылар өздерінің қуаттылық қуатын күндіз (шамамен 9-дан 16 сағатқа дейін), тіпті содан кейін де таза күнде дамыта алатынын есте ұстаған жөн. Бұлтты ауа-райында электр қуатын өндіру де төмендейді. Ал таңертең және кешке батареямен өндірілетін электр энергиясы орташа тәуліктік мөлшерлеменің 20-30% -ынан аспайды. Сонымен қатар, номиналды қуатты әр ұяшықтан алуға болады, егер бұл үшін оңтайлы жағдайлар болса.

Неліктен батареяның қуаттылығы 60 ватт, ал ол 30 қуат береді? 60 Вт мәні ұяшық өндірушілері 1000 Вт / м² және батарея температурасы 25 градуста оқшаулау кезінде бекітеді. Мұндай жағдай жер бетінде жоқ, тіпті одан да көп орталық Ресейде.

Мұның бәрі күн панельдерін жобалау кезінде белгілі бір қуат резерві салынған кезде ескеріледі.

Енді қуат индикаторы қайдан шыққанын - 250 кВт туралы сөйлесейік. Көрсетілген параметр күн радиациясының біркелкі еместігі үшін барлық түзетулерді ескереді және практикалық тәжірибелерге негізделген орташа деректерді ұсынады. Атап айтқанда: батареялардың әр түрлі жұмыс жағдайындағы қуатты өлшеу және оның орташа тәуліктік құнын есептеу.

Тұтыну көлемін білсеңіз, модульдердің қажетті қуатына негізделген фотоэлектрлік ұяшықтарды таңдаңыз: әр 100 Вт модуль тәулігіне 400-500 Wh * сағ шығарады.

Біз одан әрі қарай жүреміз: электр энергиясына орташа тәуліктік сұранысты біле отырып, біз бір фотоэлектрлік панельдегі күн энергиясының қажетті мөлшерін және жұмыс жасушаларының санын есептей аламыз.

Әрі қарай есептеулер жүргізу кезінде біз бұрыннан таныс кестенің мәліметтеріне назар аударамыз. Сонымен, жалпы қуат тұтыну тәулігіне шамамен 1 кВт / сағ құрайды (0.95 кВт / с). Бізге белгілі болғандай, бізге кемінде 250 ватт номиналды күн батареясы қажет болады.

Сіз жұмыс модулдерін жинау үшін номиналды қуаты 1,75 Вт болатын фотоэлектрлік ұяшықтарды қолдануды жоспарлап отырсыз делік (әр ұяшықтың қуаты күн ұяшығының шығаратын ток күші мен кернеуінің көбейтіндісімен анықталады). Төрт стандартты модульге біріктірілген 144 ұяшықтың қуаты (әрқайсысы 36 ұяшық) 252 ваттқа тең болады. Орташа алғанда, мұндай батареямен біз күніне 1 - 1,26 кВт / сағ немесе айына 30 - 38 кВт / сағ электр энергиясын аламыз. Бірақ жаздың керемет күндері, қыста бұл құндылықтарды әрдайым алу мүмкін емес. Сонымен қатар, солтүстік ендіктерде нәтиже сәл төмен болуы мүмкін, ал оңтүстігінде - жоғары.

Күн батареялары бар - 3,45 кВт. Олар желімен қатар жұмыс істейді, сондықтан тиімділігі максималды:

Бұл деректер орташа деңгейден сәл жоғары, өйткені күн әдеттегіден үлкен болды. Егер циклон ұзаққа созылса, онда қыс айындағы өндіріс 100-150 кВт * сағ аспауы керек.

Көрсетілген шамалар киловатт болып табылады, оны тікелей күн панельдерінен алуға болады. Соңғы тұтынушыға қанша энергия жетеді - бұл электрмен жабдықтау жүйесіне салынған қосымша жабдықтың сипаттамаларына байланысты. Біз олар туралы кейінірек айтамыз.

Көріп отырғаныңыздай, берілген қуатты өндіруге қажет күн батареяларының санын шамамен есептеп шығаруға болады. Неғұрлым дәл есептеулер жүргізу үшін көптеген параметрлерге (сонымен қатар сіздің сайтыңыздың географиялық орналасуына) байланысты батареяның қажетті қуатын анықтауға көмектесетін арнайы бағдарламалар мен онлайн күн энергиясын есептеу машиналарын пайдалану ұсынылады.

Егер алғаш рет фотоэлектрлік панельдерді дұрыс есептеу мүмкін болмаса (және кәсіби емес адамдар осындай проблемаға жиі тап болады), бұл маңызды емес. Жетіспейтін қуатты әрдайым бірнеше қосымша фотокеллер орнату арқылы жасауға болады.

Құрылғының үш түрі бар:

Қосу өшіру - батареяларды күн батареясына қосатын немесе ажырататын құрылғылар, оның терминалдарындағы кернеудің деңгейіне байланысты. Заряд деңгейі 70% тұрақты деңгейде сақталады.

PWM контроллері - модуляция зарядтаудың соңғы сатысында аккумулятордың 100% зарядын алуға мүмкіндік береді.

МРТ - бұл құрылғылар күн батареяларынан алынған энергияның параметрлерін аккумуляторды зарядтауға ең қолайлы деңгейге түрлендіреді, оның тиімділігін 30% дейін арттырады.

Инвертор - күн модулдерінен алынған тікелей токты 220 В айнымалы кернеуге түрлендіретін қондырғы.

Бұл тұрмыстық техниканың көптеген түрлері үшін мүмкін болатын айырмашылық. Инверторлар үш нұсқада қол жетімді: оқшау, желі, гибрид. Біріншісі сыртқы электр желісіне байланыспайды. Тор (желі) функциясы тек орталықтандырылған желімен жұмыс істейді.

Айырбастау функциясынан басқа, мұндай түрлендіргіштер ток амплитудасын, кернеу жиілігін және желінің басқа параметрлерін реттей алады. Гибридті (гибридті) инвертор автономды және желілік жабдықтың да функцияларына ие. Орталық қуат көзі жұмыс істеп тұрған кезде ол күн батареясынан максималды қуатты алады, ал егер жалпы желі ажыратылса, ол толығымен автономды жұмыс істейді.

Фотоэлектрлік жасушалардың түрлері

Осы тараудың көмегімен біз ең көп таралған фотоэлектрлік жасушалардың артықшылығы мен кемшіліктері туралы қате түсініктерді жоюға тырысамыз. Бұл сізге дұрыс құрылғыны таңдауды жеңілдетеді. Күн батареяларына арналған монокристалды және поликристалды кремний модульдері бүгінде кеңінен қолданылады.

Бір кристалды модульдің стандартты күн ұяшықтығы (ұяшықтары) бұдырлы бұрыштармен дәл ажыратуға болады.

Төменде поликристалды жасушаның суреті берілген.

Қай модуль жақсы? Бұл туралы FORUMHOUSE қолданушылары қызу таласуда.Біреулер поликристалды модульдер бұлтты ауа-райында тиімдірек жұмыс істейді деп санайды, ал монокристалды панельдер күн шуақты күндері керемет өнімділік көрсетеді.

Менде моно бар - 175 ватт, күн сәулесі 230 ватт. Бірақ мен олардан бас тартып, поликристалдарға жүгінемін. Себебі аспан ашық болған кезде, кем дегенде, кез келген кристалдан электр қуатын құйыңыз, бірақ бұлтты болған кезде менікі жұмыс істемейді.

Бұл жағдайда әрқашан қарсыластар болады, олар практикалық өлшеулерден кейін берілген мәлімдемені толығымен жоққа шығарады.

Мен керісінше: поликристалдар қараңғылауға өте сезімтал. Кішкентай бұлт күн арқылы өтетін кезде, ол түзілетін ток мөлшеріне бірден әсер етеді. Кернеу, айтпақшы, іс жүзінде өзгермейді. Бір кристалды панель өзін тұрақты ұстайды. Жақсы жарықтандырылған кезде, екі панель де жақсы жұмыс істейді: екі панельдің де қуаты 50 Вт құрайды, екеуі де бірдей 50 Вт береді. Осыдан біз монопанельдердің жақсы жарықта көп күш беретіндігі туралы аңыздың қалай жойылатынын көреміз.

Екінші мәлімдеме фотоэлектрлік жасушалардың өміріне қатысты: поликристалдар бір кристалды жасушаларға қарағанда тезірек жасарады. Ресми статистикаға назар аударыңыз: бір кристалды панельдердің қалыпты қызмет ету мерзімі 30 жылды құрайды (кейбір өндірушілер мұндай модульдер 50 жылға дейін жұмыс істей алады деп мәлімдейді). Сонымен қатар, поликристалды панельдердің тиімді жұмыс істеу мерзімі 20 жылдан аспайды.

Шынында да, күн батареяларының қуаты (өте жоғары сапалы болса да) әр пайдалану жылымен белгілі бір пайызға (0,67% - 0,71%) азаяды. Сонымен бірге, пайдаланудың бірінші жылында олардың қуаты бірден 2% және 3% төмендеуі мүмкін (сәйкесінше бір кристалды және поликристалды панельдер үшін). Көріп отырғаныңыздай, айырмашылық бар, бірақ ол шамалы. Егер сіз ұсынылған индикаторлар көбінесе фотоэлектрлік модульдердің сапасына байланысты деп санасаңыз, онда айырмашылықты толығымен елемеуге болады. Сонымен қатар, немқұрайлы өндірушілер жасаған арзан бір кристалды панельдер қолданудың алғашқы жылында қуаттың 20% -ына дейін жоғалтқан жағдайлар бар. Қорытынды: PV модульдерін өндіруші неғұрлым сенімді болса, оның өнімдері соғұрлым берік болады.

Біздің порталдың көптеген қолданушылары бір кристалды модульдер әрқашан поликристалды модельдерге қарағанда қымбатырақ деп мәлімдейді. Көптеген өндірушілер үшін бағаның айырмашылығы (өндірілетін қуаттың бір ваттына қатысты) айтарлықтай байқалады, бұл поликристалды элементтерді сатып алуды неғұрлым тартымды етеді. Мұнымен дауласуға болмайды, бірақ бір кристалды панельдердің тиімділігі поликристалдарға қарағанда жоғары екендігімен келісуге болмайды. Сондықтан жұмыс істейтін модульдердің бірдей қуатымен поликристалды аккумуляторлар үлкен аумаққа ие болады. Басқаша айтқанда, поликристалды элементтерді сатып алушы бағамен ұтып алуы мүмкін, егер SB орнату үшін бос орын жетіспесе, оны осындай айқын пайдадан айыруы мүмкін.

Жалпы кристалдар үшін тиімділігі орта есеппен 17% -18%, поли үшін шамамен 15% құрайды. Айырмашылық 2% -3% құрайды. Алайда, аудан бойынша бұл айырмашылық 12% -17% құрайды. Аморфты панельдердегі айырмашылық одан да айқын: олардың тиімділігі 8-10% болғанда, бір кристалды панель аморфтан екі есе көп болуы мүмкін.

Аморфты панельдер - бұл айқын артықшылықтарына қарамастан, әлі де танымал бола алмайтын фотоэлектрлік жасушалардың тағы бір түрі: температураның жоғарылауымен қуат жоғалтудың төмен коэффициенті, өте төмен жарықта электр энергиясын өндіру мүмкіндігі, өндірілген бір кВт энергияның салыстырмалы арзандығы және т.б. . Танымалдықтың төмен болуының бір себебі олардың тиімділігі шектеулі. Аморфты модульдер икемді модульдер деп те аталады. Икемді құрылым оларды орнатуды, бөлшектеуді және сақтауды айтарлықтай жеңілдетеді.

Мен бұл аморфты кім жарнамалайтынын білмеймін. Олардың тиімділігі төмен, олар екі есе көп орын алады, ал жасына қарай кристалл сияқты тиімділік төмендейді. Классикалық модульдер 20 жылдық тиімділікті жоғалта отырып, 25 жыл пайдалануға арналған. Аморфты әзірге бір ғана плюс бар: олар қара шыныға ұқсайды (сіз бүкіл қасбетті осындай заттармен жабуға болады).

Күн панельдерін салу үшін жұмыс элементтерін таңдау, ең алдымен, оларды өндірушінің беделіне назар аудару керек. Өйткені, олардың нақты сипаттамалары сапаға байланысты. Сондай-ақ, күн модулдерін орнату жүзеге асырылатын жағдайлар туралы ұмытпау керек: егер күн панельдерін орнатуға бөлінген орын шектеулі болса, жалғыз кристаллдарды қолданған жөн. Егер бос кеңістік жетіспесе, онда поликристалды немесе аморфты панельдерге назар аударыңыз. Соңғысы кристалды панельдерге қарағанда әлдеқайда практикалық болуы мүмкін.

Өндірушілерден дайын панельдерді сатып алу арқылы сіз күн панельдерін құру міндетін едәуір жеңілдете аласыз. Бәрін өз қолымен жасауды жөн көретіндер үшін күн модулдерін жасау процесі осы мақаланың жалғасында сипатталады. Сондай-ақ, жақын арада біз батареяларды, контроллерлерді және инверторларды - қандай да бір күн батареялары толық жұмыс істей алмайтын құрылғыларды таңдау өлшемдері туралы сөйлесуді жоспарлап отырмыз. Біздің мақалалар веб-сайтындағы жаңартулар туралы хабардар болыңыз.

Фотосуретте 2 панель көрсетілген: үйде жасалған жалғыз кристалл 180 Вт (сол жақта) және өндірушіден 100 Вт (оң жақта) поликристалды.

Біздің порталда талқылауға ашық, балама энергия көздері туралы тиісті тақырыпта білуге ​​болады. Автономды үй салу туралы бөлімде сіз баламалы энергетика және күн батареялары туралы көптеген қызықты нәрселерді біле аласыз. Шағын бейнеде стандартты күн электр станциясының негізгі элементтері және күн панельдерін орнату ерекшеліктері туралы айтылады.

Күн панельдерінің модульдерінің түрлері

Күн панельдері-модульдер күн батареяларынан жиналады, әйтпесе - фотоэлектрлік түрлендіргіштер. Екі типті УСК кең таралған деп тапты.

Олар өндіруде қолданылатын кремний жартылай өткізгіштерінің түрлерімен ерекшеленеді, олар:

• Поликристалды. Бұл ұзақ мерзімді салқындату арқылы кремний балқымасынан жасалған күн батареялары. Қарапайым өндіріс әдісі бағаның қол жетімділігін анықтайды, бірақ поликристалды опцияның өнімділігі 12% -дан аспайды.
• Монокристалды. Бұл жасанды түрде өсірілген кремний кристалының жұқа тақталарын кесу арқылы алынған элементтер. Ең тиімді және қымбат нұсқа. Аймақтағы орташа тиімділік 17%, сіз жоғары өнімділікке ие бір кристалды фотокеллерді таба аласыз.

Біртекті емес беті бар жалпақ шаршы пішінді поликристалл күн батареялары. Монокристалл түрлері жұқа, біртектес беткей құрылымының квадраттары кесілген бұрыштары (жалған квадраттар) сияқты көрінеді.

Қуаттылығы бірдей бірінші нұсқаның панельдері екіншісіне қарағанда үлкенірек, себебі тиімділігі төмен (22% қарсы 18%). Бірақ пайыздар, орташа алғанда, он арзан және басым сұранысқа ие.

Автономды жылытуға электр энергиясын беру үшін күн панельдерін таңдау ережелері мен нюанстары туралы мына жерден оқи аласыз.

Күн батареясының жұмыс принципі

Құрылғы күн сәулелерін электр энергиясына тікелей айналдыруға арналған. Бұл әрекет фотоэлектрлік эффект деп аталады. Элементтерді жасау үшін қолданылатын жартылай өткізгіштер (кремнийлі вафли) оң және теріс зарядталған электрондарға ие және екі қабаттан тұрады: n қабаты (-) және p-қабаты (+). Күн сәулесінің әсерінен шамадан тыс электрондар қабаттардан ыдырайды және басқа қабаттағы бос орындарды алады. Бұл бос электрондардың үнемі қозғалуына, бір пластинадан екіншісіне ауысып, электр қуатын тудырады, ол батареяда жиналады.

Күн батареясының жұмыс істеуі көбінесе оның құрылғысына байланысты. Бастапқыда күн батареялары кремнийден жасалған болатын. Олар қазіргі уақытта өте танымал, бірақ кремнийді тазарту өте ауыр және қымбат болғандықтан, кадмий, мыс, галий және индий қосылыстарынан балама фотокеллалары бар модельдер жасалуда, бірақ олар аз өнімділікке ие.

Технологияның дамуымен күн батареяларының тиімділігі артты. Бүгінгі күні бұл көрсеткіш ғасырдың басында жазылған бір пайыздан жиырма пайызға дейін өсті. Бұл қазіргі уақытта панельдерді тек ішкі қажеттіліктерге ғана емес, сонымен қатар өндіріске де пайдалануға мүмкіндік береді.

Техникалық сипаттама

Күн батареясының құрылғысы өте қарапайым және бірнеше компоненттерден тұрады:

• Тікелей күн батареялары / күн панелі,

• Тұрақты токты ауыспалы токқа түрлендіретін инвертор,

• Батарея деңгейінің реттегіші.

Күн батареяларына арналған батареяларды қажетті функцияларды ескере отырып сатып алу керек. Олар жинақталады және электр қуатын бермейді. Сток пен тұтыну күн бойы жүреді, ал түнде жинақталған заряд тек тұтынылады. Осылайша, энергияны үнемі және үздіксіз беру мүмкіндігі бар.

Батареяны шамадан тыс зарядтау және зарядсыздандыру оның қызмет ету мерзімін қысқартады. Күн зарядының реттегіші максималды параметрлерге жеткенде аккумулятордағы энергияның жинақталуын автоматты түрде тоқтатады және қатты разряд болған кезде құрылғының жүктемесін ажыратады.

(Tesla Powerwall - 7 кВ күн батареяларына арналған батарея - және электромобильдерге үйде зарядтау)

Күн батареяларына арналған тор инверторы дизайнның маңызды элементі болып табылады. Ол күн сәулесінен алынған энергияны әртүрлі қуаттардың айнымалы токына түрлендіреді. Синхронды түрлендіргіш бола отырып, ол тұрақты ток пен фазадағы электр тогының шығыс кернеуін біріктіреді.

Фотоэлементтер қатарлы және параллель қосылуы мүмкін. Соңғы опция қуаттың, кернеудің және токтың параметрлерін арттырады және құрылғы бір жұмыс қабілеттілігін жоғалтса да, жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Аралас модельдер екі схеманың көмегімен жасалады. Пластиналардың қызмет ету мерзімі шамамен 25 жылды құрайды.

Күн қондырғысы

Егер құрылымдар тұрғын кеңістікті қуаттандыру үшін пайдаланылатын болса, орнату алаңын мұқият таңдау керек. Егер панельдер биік ғимараттармен немесе ағаштармен қоршалған болса, қажетті энергияны алу қиын болады. Олар күн сәулесінің шығыны максималды болатын жерге, яғни оңтүстік жағына орналастырылуы керек. Дизайнды бұрышпен орнатқан дұрыс, оның бұрышы жүйенің орналасқан жерінің географиялық ендікіне тең.

Күн панельдерін иесінің мезгіл-мезгіл шаң мен кірден немесе қардан тазарта алатындай етіп орналастыру керек, өйткені бұл энергия өндірудің төмендеуіне әкеледі.

Ғимараттарды электрмен жабдықтау

Күн коллекторлары сияқты үлкен мөлшерлі күн панельдері күн шуақты күндері көп болатын тропикалық және субтропикалық аймақтарда кеңінен қолданылады. Әсіресе Жерорта теңізі елдерінде танымал, олар үйлердің төбесінде орналасқан.

2007 жылдың наурыз айынан бастап Испаниядағы жаңа үйлер күн су жылытқыштарымен жабдықталған, олар үйдің орналасқан жеріне және күтілетін судың тұтынылуына байланысты ыстық суға қажеттіліктің 30% -дан 70% дейін қамтамасыз етіледі. Тұрғын емес ғимараттарда (сауда орталықтары, ауруханалар және т.б.) фотоэлектрлік жабдық болуы керек.

Қазіргі уақытта күн панельдеріне көшу адамдар арасында үлкен сынға алып келеді. Бұл электр қуатының қымбаттауына, табиғи ландшафттың бұзылуына байланысты. Күн панельдеріне көшу қарсыластары мұндай ауысуды сынға алады, өйткені күн панельдері мен жел электр станциялары орнатылған үйлер мен жердің иелері мемлекеттен субсидия алады, бірақ қарапайым жалға алушылар бұны қабылдамайды. Осыған байланысты Германияның Федералды экономика министрлігі жақын уақытта фотоэлектрлік қондырғылардан немесе жылу электр станцияларынан қуат алатын үйлерде тұратын жалға алушыларға ынталандыру енгізуге мүмкіндік беретін заң жобасын әзірледі. Балама энергия көздерін пайдаланатын үй иелеріне субсидия төлеумен қатар, осы үйлерде тұратын жалға алушыларға субсидия төлеу жоспарлануда.

Жол жамылғысы

• 2014 жылы Нидерландыда әлемде күн сәулесімен жұмыс істейтін алғашқы велосипед жолы ашылды.
• 2016 жылы Францияның экология және энергетика министрі Сеголене Рояль соққыға және ыстыққа төзімді күн панельдерімен 1000 км жол салу жоспарларын жариялады. Мұндай жолдың 1 шақырымы 5000 адамның электр қуатына қажеттілігін қамтамасыз ете алады деп болжанады (жылуды қоспағанда) [авторлы емес дереккөзді?] .
• 2017 жылғы ақпанда Франция үкіметі Туруан-о-Перкедегі Норман ауылында күн сәулесімен жұмыс істейтін жолды ашты. Жолдың бір шақырымдық бөлігі 2880 күн батареяларымен жабдықталған. Мұндай төсеу ауылдың көше жарықтарын электрмен қамтамасыз етеді. Панельдер жылына 280 мегаватт электр энергиясын өндіреді. Жол учаскесін салуға 5 миллион евро қажет болды.
• Сондай-ақ жолдардағы жеке бағдаршамдарды қосу үшін қолданылады

Күн электр станцияларының толық жиынтығы

Сіздің электр станцияңызға дұрыс компоненттерді таңдау үшін сіз құрылғылардың санын және олардың қуатын анықтауыңыз керек. Түсінікті болу үшін нақты мысалды қарастырған дұрыс: Рязань маңында жазғы коттедж бар, олар онда наурыздан қыркүйекке дейін тұрады.

Күн панельдерінің толық жиынтығына мыналар кіреді: күн панельдері, инвертор, бекіткіштер, қосымша материалдар (кабельдер, автоматты машиналар және т.б.) Орташа тәуліктік тұтыну 10000 Вт / сағ, жүктеме орташа есеппен 500 ватт, максималды жүктеме 1000 Вт. Біз ең жоғары жүктемені есептейміз, максимумды 25% көбейтеміз: 1000 х 1,25 = 1250 ватт.

Ғарышты пайдалану

Күн батареялары - ғарыш аппараттарында электр энергиясын өндірудің негізгі тәсілдерінің бірі: олар ұзақ уақыт кез-келген материалды пайдаланбай жұмыс істейді, сонымен бірге ядролық және радиоизотоптық энергия көздерінен айырмашылығы экологиялық таза.

Алайда, Күннен үлкен қашықтықта (Марс орбитасынан тыс) ұшқанда, оларды пайдалану проблемалы болады, өйткені күн энергиясының ағыны Күннен қашықтықтың квадратына кері пропорционал. Венера мен Меркуриге ұшқан кезде, керісінше, күн панельдерінің қуаты едәуір артады (Венера аймағында 2 есе, Меркурий аймағында 6 есе).

Ағымдағы кернеу

Батареялардың ең көп таралған рейтингі - бұл 12 В-тің көптігі. Күн станциясының контроллер, инвертор, күн модулдері сияқты компоненттері 12-ден 48 В-қа дейінгі кернеуге арналған. 12 В батареясының болуы ыңғайлы, себебі олар істен шыққан кезде оларды бір-бірден ауыстыруға болады. .

Батареяны пайдалану ерекшелігіне байланысты екі есе жоғары кернеуде тек жұпты ауыстыруға болады. 48 В желісінде барлық төрт батареяны бір тармақта өзгерту керек, ал 48 В - бұл электр қауіпсіздігі тұрғысынан қауіп. Екінші жағынан, кернеу неғұрлым жоғары болса, соғұрлым кіші сым қимасы қажет болады, ал контактілер неғұрлым сенімді болады.

Рейтингті таңдаған кезде түрлендіргіштің қуат сипаттамасын да, ең жоғары жүктеме мәнін де ескеру қажет:

48 В - 3 - 6 кВт-тан,

24 немесе 48 В - 1,5 - 3 кВт-тан,

12, 24, 48В - 1,5 кВ дейін.

Егер аккумулятордың сыйымдылығы мен бағасы шамамен тең болса, таңдауды ең жоғары рұқсат етілген тереңдігі және ең үлкен рұқсат етілген мәні бар батареяда тоқтату керек.Бұл көрсеткіш 30-50% -дан аспайтын кезде батареяның қызмет ету мерзімі едәуір артады.

«Батареяны таңдаудың басты өлшемі сенімділік болуы керек. Нақты жағдайда бастапқы кернеу 24 В болады.

Күн батареяларын таңдау

Күн батареясының қуаты келесі формула бойынша есептеледі: Pcm = (1000 x Yesut) / (K x Sin) Ондағы:

Rcm - күн батареяларының қуатының қосындысына тең Вт-тағы батареяның қуаты, кВт / м²-де күн батареяларының фотосезгіштігі,

Есут - кВтсағ-дағы тәуліктік электр энергиясын тұтыну (таңдалған аймақ үшін - 18). К коэффициенті барлық шығындарды мезгіл-мезгіл ескереді: жаз үшін - 0,7, қыста - 0,5.

Күнә - панельдерді ең тиімді еңкейту кезінде кВт / сағ-қа шаққандағы күн сәулесінің көшуі. Сіз бұл параметрді аймақтың ауа-райы қызметінен біле аласыз. Көктемде және күзде күн панельдерін орнатудың оңтайлы бұрышы ендік мәніне сәйкес келеді.

Жазда 15⁰ минус, ал қыста 15⁰ қосу керек. Панельдердің өзі оңтүстікке бағытталуы керек. Мысалдан алынған аймақ 55 latitude ендікте орналасқан.

Бізді қызықтыратын уақыт наурыз-қыркүйек айларына сәйкес келетіндіктен, біз жаздың көлбеу бұрышын жерге қатысты аламыз. Бұл жағдайда осы аймақ үшін орташа тәуліктік инсоляция 4,73 құрайды.

Барлық осы деректерді формулаға ауыстырамыз және әрекетті орындаймыз:

Pcm = 1000 x 12: (0.7 x 4.73) ≈ 3 600 Вт .

Егер батареяны құрайтын модульдердің қуаты 100 ватт болса, онда 36 бірлік сатып алу керек. Оларды орналастыру үшін сізге 5 х 5 м платформа қажет болады, ал құрылымы шамамен 0,3 тонна болады.

Батареяны жинау

Батареялар жинағын құрастыру кезінде келесі нюанстарды ескерген жөн: автомобильдерге арналған әдеттегі батареялар бұл мақсатқа жарамайды, «SOLAR» жазуы күн панельдерінде болуы керек, сатып алынған барлық батареялардың параметрлері бірдей болуы керек және сол өндірістік партияға жатады , элементтерді жылы бөлмеге орналастыру керек, оңтайлы - 25⁰.

Жаңа батареяларды сатып алудың қажеті жоқ, өйткені пайдаланылған батареялар да осы мақсатта өте жақсы. Егер температура -5⁰ дейін төмендесе, батареяның сыйымдылығы 50% төмендейді. Сыйымдылығы 100 А / с болатын 12 вольтты АВ мысалында сіз тұтынушыларды сағатына 1200 Вт электр қуатымен қамтамасыз ете алатындығын көре аласыз.

Рас, бұған аккумулятордың толық заряды түседі, және бұл өте жағымсыз. 60% разряд үшін «алтын орта» саналатындықтан, біз 100 А / сағ үшін 600 Вт / сағ (1000 Вт / с х 60%) үшін энергия резервін аламыз. Бастапқы батареялар тұрақты розеткадан 100% зарядталған болуы керек.

Резерв түнгі жүктемені жабатындай болуы керек, егер ауа-райы бұлтты болса, күндізгі уақытта жүйенің жұмыс істеуі үшін қажетті параметрлерді беріңіз. Шамадан тыс батареялар қажет емес, өйткені олар үнемі зарядталады және аз уақытқа созылады.

Ең құзыретті шешім - бұл резервтік аккумулятор пакеті, күнделікті тұтынылатын қуат шығыны. Аккумулятордың жалпы сыйымдылығын анықтаймыз: (10000 Вт / сағ: 600 Вт / с) x 100 А / сағ = 1667 А / с Сондықтан, күн электр станциясын нақты мысалдан жабдықтау үшін қуаттылығы 100 А / с немесе 8-ден 200 А-ға дейін 16 АБ қажет. қатарлы-параллель.

Контроллерді қалай таңдауға болады

Контроллерді таңдаудың өзіндік ерекшеліктері бар. Дұрыс таңдалған контроллер:

1. Батареялардың осындай көп сатылы зарядталуын қамтамасыз ету, олардың қызмет ету мерзімін ұлғайтады.

2. АБ және күн батареяларын автоматты үйлестірілген қосу / ажырату зарядтаумен немесе разрядпен бірге.

3. Жүктемені күн батареясынан батареяға және кері тәртіпте қайта қосыңыз.

Күн зарядының реттегіші батареялармен бір бөлмеде болуы керек, ол үшін оның кіріс параметрлері күн модулдерінің сәйкес мәндеріне сәйкес келуі керек, ал шығыс жүйедегі потенциалдар айырмашылығымен бірдей кернеуге ие болуы керек.

Көп нәрсе контроллердің дұрыс таңдалған-таңдалмағанына байланысты: аккумулятор жинағының және тұтас алғанда күн жүйесінің жұмысына. Егер сіз жарықтандыру қуатты тікелей контроллерден алатындығына сенімді болсаңыз, инвертор сатып алғанда ақша үнемдей аласыз - арзан опцияны сатып алыңыз.

Инверторды қалай таңдау керек Инвертордың міндеті ұзақ уақытқа шыңды жүктемені қамтамасыз ету болып табылады.

Бұл оның кіріс кернеуі жүйе ішіндегі мүмкін айырмашылықпен бірдей болған кезде мүмкін.

Инверторды таңдаудағы ең жақсы нұсқа - «контроллер функциясы бар инвертор» Келесі критерийлер маңызды: синус толқынының формасы және айнымалы токтың жиілігі. 50 Гц жиіліктегі синусоиданың жақындығы жоғары тиімділіктің кепілі болып табылады.

Ең дұрысы, егер бұл көрсеткіш 90% -дан жоғары болса. Құрылғының меншікті шығыны күн жүйесінің жалпы тұтыну шамасына сәйкес келуі керек. Ең жақсысы - 1% дейін. Құрылғы қысқа уақыттың екі есе көп жүктемелеріне төтеп беруі керек.

Мақалада келтірілген кеңестер мен есептеу мысалдары үйдегі күн электр станциясын орнатуға көмектеседі. Олар үлкен коттеджге де, кішкентай саяжайға да жарамды.

Күн электрмен жабдықтау жұмысының схемасы

Сіз күн сәулесімен жабдықтау жүйесін құрайтын түйіндердің құпия түрде шығатын атауларын көргенде, сіз құрылғының супер техникалық күрделілігі туралы ойға ие боласыз.

Фотонның өмірінің микро деңгейінде бұл солай. Электр тізбегінің жалпы тізбегі және оның әрекет ету принципі өте қарапайым көрінеді. Аспанның жарық сәулесінен «Ильич шамына» дейін бар-жоғы төрт қадам бар.

Күн модулдері - бұл электр станциясының алғашқы компоненті. Бұл стандартты фотокелл тақталарының белгілі бір санынан жиналған жұқа тікбұрышты панельдер. Өндірушілер фотоэлементтерді 12 вольттан тұратын электр қуаты мен кернеуде әр түрлі етеді.

Тегіс формалы құрылғылар тікелей сәулелерге ұшырайтын жерлерде ыңғайлы орналасады. Модульдік агрегаттар күн батареясын өзара байланыстыру арқылы бір-бірімен байланысты. Батареяның міндеті - берілген қуаттың тұрақты тогын шығаратын күннің энергиясын түрлендіру.

Электр зарядтарын сақтайтын құрылғылар - күн батареяларына арналған батареялар барлығына белгілі. Олардың күн сәулесінен энергиямен жабдықтау жүйесіндегі рөлі дәстүрлі. Үй тұтынушылары орталықтандырылған желіге қосылған кезде энергия сақтау орындары электр энергиясында сақталады.

Егер олар күн модулінің тогы электр құрылғыларының тұтынатын қуатын қамтамасыз ету үшін жеткілікті болса, олар оның артық мөлшерін жинақтайды.

Аккумулятор пакеті тізбекке қажетті қуат береді және оны тұтыну жоғарылағанға дейін тұрақты кернеуді қамтамасыз етеді. Дәл солай болады, мысалы, түнде жұмыс істемейтін фото панельдермен немесе күн ашық ауа-райында.

Контроллер күн модулі мен батареялар арасындағы электрондық делдал болып табылады. Оның рөлі батареяның деңгейін реттеу болып табылады. Құрылғы олардың қайнауына немесе бүкіл күн жүйесінің тұрақты жұмыс істеуі үшін қажет электрлік потенциалдың белгілі бір нормадан төмен түсуіне жол бермейді.

Айналып отырсақ, күн панельдеріне арналған инвертор терминінің дыбысы дәл осылай түсіндіріледі. Ия, шын мәнінде, бұл қондырғы бір кездері электротехника үшін фантастика болып көрінетін функцияны орындайды.

Ол күн модулі мен аккумуляторлардың тікелей тогын 220 вольтты айырмашылықпен айнымалы токқа түрлендіреді. Дәл осы кернеу тұрмыстық электр құрылғыларының көпшілігінде жұмыс істейді.

Ең жоғары жүктеме және орташа тәуліктік қуат тұтыну

Өзіңіздің жеке күн стансаңыздың болуы әлі де көп. Күн энергиясының қуатын иемденудің алғашқы қадамы киловатттағы оңтайлы жүктеме мен үйдің немесе жазғы коттедждің киловатт-сағатындағы орташа тәуліктік энергия шығынын анықтау болып табылады.

Ең жоғары жүктеме бірден бірнеше электр құрылғыларын қосу қажеттілігімен туындайды және олардың кейбіреулерінің шамадан тыс бастапқы сипаттамаларын ескере отырып, олардың максималды жалпы қуатымен анықталады.

Қуаттың максималды шығынын есептеу электр қондырғыларының бір мезгілде жұмыс істеуі үшін өте қажет екенін анықтауға мүмкіндік береді, және онша емес. Бұл көрсеткіш электр станциясының түйіндерінің қуат сипаттамаларына сәйкес келеді, яғни құрылғының жалпы құны.

Электр қондырғысының тәуліктік энергия шығыны оның бір тәулік ішінде желіден жұмыс істеген уақытындағы жеке қуатының өнімділігімен өлшенеді. Орташа тәуліктік энергия шығыны әрбір тұтынушының күнделікті кезеңге тұтынған электр энергиясының сомасы ретінде есептеледі.

Энергияны тұтынудың нәтижесі күн электр энергиясын тұтынуды ұтымды етуге көмектеседі. Есептеулердің нәтижесі батареяның сыйымдылығын одан әрі есептеу үшін маңызды. Аккумулятор жинағының бағасы, жүйенің маңызды құрамдас бөлігі, бұл параметрге байланысты болады.

Арифметикалық есептеулерге дайындық

Бірінші баған дәстүрлі - сериялық нөмірмен жазылады. Екінші баған - құрылғының атауы. Үшіншісі - оның жеке қуат тұтынуы.

Төртіншіден жиырма жетіншіге дейінгі бағандар - күндізгі сағат 00-ден 24-ке дейін. Көлденең бөлшек сызық арқылы оларға келесі мәліметтер енгізіледі:

• алымда - белгілі бір сағат ішінде құрылғының жұмыс уақыты ондық түрінде (0,0),
• Номинатор қайтадан оның жеке қуат тұтынуы болып табылады (бұл қайталау сағаттық жүктемелерді есептеу үшін қажет).

Жиырма сегізінші баған - бұл тұрмыстық техниканың күн ішінде жұмыс жасайтын жалпы уақыты. Жиырма тоғызыншы күнде электр энергиясының жеке шығыны күнделікті кезеңдегі жұмыс уақытына көбейген кезде жазылады.

Отызыншы баған стандартты - ескертпе. Бұл аралық есептеулер үшін пайдалы.

Тұтынушының сипаттамасы

Есептеудің келесі кезеңі - ноутбук формасын тұрмыстық электр энергиясын тұтынушыларға арналған спецификацияға айналдыру. Бірінші баған анық. Міне жол нөмірлері.

Екінші бағанда энергия тұтынушылардың атаулары көрсетіледі. Дәлізді электр құрылғыларымен толтыруды бастау ұсынылады. Төменде басқа бөлмелерді сағат тіліне қарсы немесе сағат тіліне қарсы бағытта сипаттайды (қалағаныңызша).

Егер екінші (және т.б.) еден болса, онда процедура бірдей: баспалдақтан - айналма жол. Сонымен қатар баспалдақ құрылғыларын және көшелерді жарықтандыру туралы ұмытпау керек.

Үшінші бағанды ​​екінші электр жолымен әр электр қондырғысының атына қарама-қарсы қуатпен толтырған дұрыс.

Төрт-жиырма жеті-жеті бағандар күннің әр сағатына сәйкес келеді. Ыңғайлы болу үшін оларды дереу сызықтардың ортасында көлденең сызықтармен кесіп алуға болады. Алынған сызықтардың жоғарғы жартысы санауыштар тәрізді, төменгі жартысы - деноминаторлар.

Бұл бағандар бір-бірінен сызық бойынша толтырылады. Нумераторлар белгілі бір сағаттық кезеңдегі берілген электр құралының жұмыс уақытын көрсететін уақыт аралықтары ретінде ондық форматта (0,0) пішімделеді. Нумерлермен қатар, үшінші бағаннан алынған құрылғының қуат индикаторы арқылы деноминаторлар енгізіледі.

Барлық сағаттық бағандар толғаннан кейін олар электрлік құрылғылардың жеке жұмыс күндерін есептеу үшін кіріседі. Нәтижелер жиырма сегізінші бағанның тиісті ұяшықтарына жазылады.

Қуат пен жұмыс уақытына сүйене отырып, барлық тұтынушылардың тәуліктік энергия шығыны дәйекті түрде есептеледі. Бұл жиырма тоғызыншы бағанның ұяшықтарында белгіленген.

Техникалық сипаттаманың барлық жолдары мен бағандары толтырылған кезде олар қорытындыларды есептейді. Графикалық қуатты сағаттық бағандардың номинаторларынан қосу арқылы әр сағаттың жүктемелері алынады. Жиырма тоғызыншы бағанның жоғарыдан төменге қарай жеке тәуліктік энергия шығынын қорытындылай отырып, олар жалпы тәуліктік орташа мәнді табады.

Есептеуге жүйенің болашақ тұтынуы кірмейді. Бұл фактор келесі қорытынды есептеулерде көмекші коэффициентпен ескеріледі.

Деректерді талдау және оңтайландыру

Егер күн энергиясының резервтік көшірмесі ретінде жоспарланатын болса, қуаттың сағаттық шығыны және жалпы орташа тәуліктік тұтыну туралы мәліметтер қымбат күн электр энергиясын тұтынуды азайтуға көмектеседі.

Бұған энергияны көп тұтынатын тұтынушыларды орталықтандырылған электрмен жабдықтау қалпына келгенге дейін, әсіресе қарбалас уақыттарда, алып тастау арқылы қол жеткізіледі.

Егер күн энергиясы жүйесі тұрақты электрмен жабдықтау көзі ретінде жобаланса, онда сағаттық жүктемелердің нәтижелері алға жылжытылады. Күндіз электр энергиясын тұтынуды неғұрлым басым биіктіктер мен сәтсіздіктерді алып тастайтындай етіп бөлу маңызды.

Шыңды болдырмау, максималды жүктемелерді теңестіру, уақыт өте келе энергияны тұтынудың күрт төмендеуін жою күн жүйесінің түйіндері үшін үнемді нұсқаларды таңдауға және күн станциясының тұрақты, маңызды, проблемасыз ұзақ мерзімді жұмысын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.

Ұсынылған сурет иррациондық кестенің құрастырылған сипаттамалары негізінде алынған оңтайлы өзгерістерді көрсетеді. Күнделікті тұтыну индикаторы 18-ден 12 кВт / сағ-қа дейін, сағаттық орташа жүктеме 750-ден 500 ватт-қа дейін төмендейді.

Оптимизмнің бірдей қағидасы күн сәулесінен қуат алу мүмкіндігін резервтік көшірме ретінде пайдалану кезінде пайдалы. Уақытша қолайсыздықтар үшін күн модулдері мен батареялардың қуатын арттыруға ақша жұмсаудың қажеті жоқ.

Күн электр станцияларының тораптарын таңдау

Есептеулерді жеңілдету үшін күн батареясын электр энергиясын жеткізудің негізгі көзі ретінде пайдалану нұсқасын қарастырамыз. Рязань аймағында тұтынушы - бұл наурыз-қыркүйек аралығында тұрақты тұратын шартты қала үйі.

Жоғарыда жарияланған бір сағаттық энергияны тұтынудың ұтымды кестесінің деректері негізінде практикалық есептеулер дәлелдер келтіруге мүмкіндік береді:

• Орташа тәуліктік қуат тұтыну = 12,000 ватт / сағ.
• Орташа жүктеме шығыны = 500 ватт.
• Максималды жүктеме 1200 ватт.
• Ең жоғары жүктеме 1200 х 1,25 = 1500 ватт (+ 25%).

Мәндер күн қондырғыларының жалпы сыйымдылығын және басқа да жұмыс параметрлерін есептеуде қажет болады.

Күн жүйесінің жұмыс кернеуін анықтау

Кез-келген күн жүйесінің ішкі жұмыс кернеуі 12 вольттің көптігіне негізделеді, себебі батареяның ең көп таралған деңгейі. Күн станциясының кең таралған тораптары: күн модулдері, контроллерлер, инверторлар - танымал электр тогы 12, 24, 48 вольт жағдайында шығарылады.

Жоғары кернеу кіші қиманың электр сымдарын пайдалануға мүмкіндік береді - бұл байланыстардың сенімділігі артады. Екінші жағынан, сәтсіз 12V батареяны бір-бірден ауыстыруға болады.

24 вольтты желіде батареялардың жұмыс ерекшелігін ескере отырып, оларды тек жұппен ауыстыру керек. 48V желісіне бір филиалдың барлық төрт батареясын ауыстыру қажет болады. Сонымен қатар, 48 вольтта электр тогының соғу қаупі бар.

Жүйенің ішкі потенциалдық айырмашылығының номиналды мәнін таңдау қазіргі индустрияда өндірілген инверторлардың қуат сипаттамаларына байланысты және ең жоғары жүктемені ескеруі керек:

• 3-тен 6 кВт-қа дейін - 48 вольт,
• 1,5-тен 3 кВт-қа дейін - 24 немесе 48 В-қа тең,
• 1,5 кВт-қа дейін - 12, 24, 48В.

Сымдардың сенімділігі мен батареяларды ауыстырудың қолайсыздығы арасында таңдау, мысалы, біз сенімділікке назар аударамыз. Болашақта есептелген жүйенің жұмыс кернеуіне 24 вольтты қосамыз.

Медицинада қолданыңыз

Оңтүстік Корея ғалымдары тері астындағы күн батареясын ойлап тапты.Организмге имплантацияланған құрылғылардың, мысалы, кардиостимулятордың үздіксіз жұмысын қамтамасыз ету үшін энергияның миниатюралық көзін адамның терісіне салуға болады. Мұндай батарея шашқа қарағанда 15 есе жұқа және теріні күн сәулесінен қорғайтын болса да зарядтауға болады.

Батарея жинағының күн модульдері

Күн батареясынан қажет қуатты есептеу формуласы келесідей:

Pcm = (1000 * Иә) / (k * Sin),

• Rcm = күн батареясының қуаты = күн модулдерінің жалпы қуаты (панельдер, Вт),
• 1000 = фотоэлектрлік түрлендіргіштің қабылданған фотосезгіштігі (кВт / м²)
• Тамақтану - тәуліктік энергияны тұтыну қажеттілігі (кВт * сағ, біздің мысалда = 18),
• k = барлық шығындарды ескеретін маусымдық коэффициент (жаз = 0.7, қыс = 0,5),
• Син - оңтайлы панельді еңкейту (кВт * с / м²) бар оқшауланудың есептелген мәні (күн радиациясы).

Оқшаулаудың құндылығын аймақтық метеорологиялық қызметтен білуге ​​болады.

Күн панельдерінің еңкею бұрышы ауданның еніне тең:

• көктемде және күзде,
• плюс 15 градус - қыста,
• жазда минус 15 градус.

Біздің мысалда қарастырылған Рязань облысы 55 ендікте орналасқан.

Наурыздан қыркүйекке дейінгі уақыт үшін күн батареясының ең жақсы реттелмейтін көлбеуі жер бетіне 40⁰ жаздық бұрышқа тең. Осы модульдерді орнатумен Рязаньдағы орташа тәуліктік инсоляция 4,73 құрайды. Барлық сандар бар, есептеуді жүргізейік:

Pcm = 1000 * 12 / (0,7 * 4.73) ≈ 3 600 ватт.

Егер біз күн батареясының негізі ретінде 100 ватт модульді алсақ, олардың 36-сы қажет болады. Олар салмағы 300 килограмға жетеді және шамамен 5 x 5 м аумақты алады.

Дәлелденген электр сымдарының схемалары мен күн панельдерін қосудың опциялары осында келтірілген.

Фотоэлементтер мен модульдердің тиімділігі

Күн атмосферасына кіретін күн сәулесінің ағынының қуаты (AM0) бір шаршы метрге 1366 ватт құрайды (сонымен қатар AM1, AM1.5, AM1.5G, AM1.5D қараңыз). Сонымен қатар, күндізгі ауа-райында да Еуропада күн радиациясының өзіндік қуаты 100 Вт / м²-ден аз болуы мүмкін. көзі көрсетілмеген 1665 күн ]. Жалпы өнеркәсіптік күн батареяларының көмегімен бұл энергияны 9-24% тиімділігі бар электр энергиясына айналдыруға болады. көзі көрсетілмеген 1665 күн ]. Сонымен бірге аккумулятордың бағасы қуаттың әр ваттына шамамен 1-3 АҚШ долларын құрайды. Фотоэлементтерді пайдаланатын өнеркәсіптік электр энергиясын өндіру үшін бір кВт / сағ бағасы 0,25 долларды құрайды Еуропалық фотоэлектрлік қауымдастықтың (EPIA) мәліметтері бойынша, 2020 жылға қарай «күн» жүйелерімен өндірілетін электр энергиясының құны бір кВт үшін 0,10 € -дан төмендейді · h өндірістік қондырғылар үшін және тұрғын үйлердегі қондырғылар үшін кВт / сағ үшін 0,15 евродан аз [ авторлы емес дереккөзді? ] .

Күн ұялары мен модульдер түріне қарай бөлінеді және олар: бір кристалды, поли-кристалды, аморфты (икемді, пленка).

2009 жылы Spectrolab (Boeing компаниясының еншілес компаниясы) тиімділігі 41,6% болатын күн батареясын көрсетті. 2011 жылдың қаңтарында бұл компания күн батареялары нарығына 39% тиімділікпен шығады деп күтілді. 2011 жылы Калифорнияда орналасқан Solar Junction 5,5 × 5,5 мм фотокеллалардың тиімділігіне 43,5% қол жеткізді, бұл алдыңғы рекордтан 1,2% жоғары.

2012 жылы Morgan Solar хабты фотокелель орнатылған панельмен біріктіріп, Sun Simba полиметил метакрилатын (Plexiglas), германий мен галлий арсенидін жасады. Тұрақты панельді жүйенің тиімділігі 26-30% құрайды (жыл мезгілі мен күн орналасқан бұрышқа байланысты), кристалды кремний негізіндегі күн батареяларының практикалық тиімділігінен екі есе асады.

2013 жылы Sharp 44,4% тиімділігі бар индий галлий арсенидінің негізінде 4 × 4 мм үш қабатты фотокелл жасап, Fraunhofer күн энергиясы жүйелері институтының мамандар тобы, Soitec, CEA-Leti және Helmholtz Berlin Center құрды Fresnel объективін пайдалану өзінің 44,6% тиімділігінен 44,7% тиімділігі бар фотокеллді пайдаланады [ авторлы емес дереккөзді? ]. 2014 жылы Фраунхофер күн энергиясы жүйелері институты күн сәулесінің панельдерін жасады, оның тиімділігі 46% -ды құрады, бұл жарықтың өте кішкентай фотокелетке бағытталуына байланысты болды. авторлы емес дереккөзді? ] .

2014 жылы испандық ғалымдар күн инфрақызыл сәулелерін электр энергиясына айналдыруға қабілетті кремнийді фотоэлектрлік жасуша ойлап тапты.

Кішкентай антеннада (200-300 нм тәрізді) жарықпен (яғни, 500 THz жиіліктегі электромагниттік сәуле) тікелей түзету арқылы жұмыс жасайтын наноантенналар негізінде фотокеллерлер құру перспективалы бағыт болып табылады. Наноантеналар өндіріс үшін қымбат шикізатты қажет етпейді және тиімділігі 85% дейін.

Сондай-ақ, 2018 жылы флексофотоволтаикалық эффектінің ашылуымен фотокеллердің тиімділігін арттыру мүмкіндігі табылды, сонымен қатар ыстық тасымалдаушылардың (электрондардың) қызмет ету мерзімінің ұзартылуына байланысты олардың тиімділігінің теориялық шегі 34-тен бірден 66 пайызға дейін көтерілді.

2019 жылы Сколково атындағы ғылым және технологиялар институтының (Сколтех), Бейорганикалық химия институтының ресейлік ғалымдары А.В. Ресей ғылым академиясының (РҒА Сибирь) Сибирь филиалының және РҒА Химиялық физика проблемалары институтының қызметкері Николаев күн батареялары үшін түбегейлі жаңа жартылай өткізгіштік материал алды, қазіргі кезде қолданылып жүрген материалдардың көптеген кемшіліктері жоқ. Ресейлік зерттеушілер тобы Journal of Materials Chemistry A журналында жариялады, олар күн батареялары үшін жасалған жаңа жартылай өткізгіш материал - күрделі полимер висмут иодиді (<[Bi]) қолдану жұмысының нәтижелерін жариялады.₃Мен₁₀]> және <[BiI₄]>), минералды перовхитке (табиғи кальций титанаты) ұқсас, ол электр энергиясына жарықтың конверсиялық жылдамдығын көрсетті. Сол ғалымдар тобы перовксит тәрізді құрылымы бар күрделі сурьма бромидіне негізделген екінші ұқсас жартылай өткізгішті жасады.

Батареяның қондырғысын ұйымдастыру

Батареяларды таңдау кезінде сіз постулаттарға сүйенуіңіз керек:

1. Кәдімгі автомобиль батареялары бұл мақсатқа жарамсыз. Күн батареялары «SOLAR» деп белгіленген.
2. Батареяларды сатып алу тек барлық жағынан бірдей болуы керек, жақсырақ бір зауыттық партиядан.
3. Аккумулятор жинағының орналасқан бөлмесі жылы болуы керек. Батареялар толық қуат бергенде оңтайлы температура = 25⁰С. Ол -5⁰C дейін төмендегенде, батареяның сыйымдылығы 50% төмендейді.

Егер есептеу үшін біз 12 вольтты және 100 ампер / сағ сыйымдылығымен экспоненциалды аккумуляторды алсақ, есептеу қиын емес, бір сағат ішінде тұтынушыларға жалпы қуаттылығы 1200 ватт бере алады. Бірақ бұл толық түсіріліммен байланысты, бұл өте қажет емес.

Батареяның ұзақ қызмет ету мерзімі үшін олардың зарядын 70% төмендету ұсынылмайды. Шекті көрсеткіш = 50%. 60% орташа деңгей ретінде біз келесі есептеулер үшін негіз ретінде аккумулятордың сыйымдылықты компонентінің әрбір 100 А * сағ үшін 720 Вт / сағ энергия қорын саламыз (1200 Вт / с х 60%).

Бастапқыда аккумуляторлар тұрақты ток көзінен 100% зарядталған болуы керек. Батареялар қараңғылықтың жүктемесін толығымен жабуы керек. Егер сізде ауа-райы сәтсіз болса, күн ішінде жүйенің қажетті параметрлерін сақтаңыз.

Батареялардың көп болуы олардың үнемі зарядталуына әкелетінін ескерген жөн. Бұл қызмет мерзімін едәуір қысқартады. Ең ұтымды шешім - бұл құрылғыны бір тәуліктік энергия шығынын өтеуге жеткілікті қуат резерві бар батареялармен жабдықтау.

Батареяның талап етілетін жалпы қуатын білу үшін біз тәуліктік тұтынудың 12000 Вт / сағты 720 Вт / сағ-қа бөлеміз және 100 А * сағ көбейтеміз:

12 000/720 * 100 = 2500 А * сағ, 1600 А * сағ

Жалпы, мысалы үшін бізге сериялары параллель қосылған 200 Ah * үшін сыйымдылығы 100 немесе 8 болатын 16 батарея қажет.

Фотоэлементтердің тиімділігіне әсер ететін факторлар

Күн батареяларының құрылымдық ерекшеліктері температураның жоғарылауымен панельдердің өнімділігінің төмендеуіне әкеледі.

Панельдің ішінара күңгірттенуі паразиттік жүктеме ретінде әрекет ете бастайтын жарықтанбаған элементтің жоғалуына байланысты шығу кернеуінің төмендеуіне әкеледі. Бұл кемшілікті панельдің әр фотоселіне айналдыру арқылы орнатуға болады. Бұлтты ауа-райында, күн сәулесінің тікелей түсуі болмаған кезде сәулеленуді концентрациялау үшін линзаларды қолданатын панельдер өте тиімсіз болады, өйткені объективтің әсері жоғалады.

Фотоэлектрлік панельдің жұмыс сипаттамасынан максималды тиімділікке қол жеткізу үшін жүктеме кедергісін дұрыс таңдау қажет екенін көруге болады. Бұл үшін фотоэлектрлік панельдер жүктемеге тікелей байланысты емес, керісінше олар панельдердің оңтайлы жұмысын қамтамасыз ететін фотоэлектрлік жүйелерді басқару үшін контроллерді пайдаланады.

Жақсы контроллерді таңдау

Батарея зарядының реттегішін (батареяны) дұрыс таңдау өте нақты міндет. Оның кіріс параметрлері таңдалған күн модулдеріне сәйкес келуі керек, ал шығу кернеуі күн жүйесінің ішкі потенциалдық айырмашылығына сәйкес болуы керек (біздің мысалда 24 вольт).

Жақсы контроллер мыналарды қамтамасыз етуі керек:

1. Батарея заряды олардың тиімді қызмет ету мерзімін бірнеше есе ұзартады.
2. Автоматты өзара, аккумуляторлық және күн батареялары, зарядтың түсуіне байланысты корреляциядағы ажырату.
3. Батареядан күн батареясына жүктемені қайта қосу және керісінше.

Бұл кішкентай түйін өте маңызды компонент.

Контроллерді дұрыс таңдау қымбат аккумулятор жинағының проблемасыз жұмысына және бүкіл жүйенің тепе-теңдігіне байланысты.

Ең жақсы инверторды таңдау

Инвертор ұзақ мерзімді ең жоғары жүктемені қамтамасыз ететін етіп таңдалады. Оның кіріс кернеуі күн жүйесінің ішкі потенциалдық айырмашылығына сәйкес келуі керек.

Жақсы таңдау үшін параметрлерге назар аудару ұсынылады:

1. Жасалған айнымалы токтың пішіні мен жиілігі. 50 Гц синус толқынына қаншалықты жақын болса, соғұрлым жақсы.
2. Құрылғының тиімділігі. 90% неғұрлым жоғары болса - соғұрлым керемет.
3. Құрылғының меншікті тұтынуы. Бұл жүйенің жалпы қуат тұтынуымен сәйкес келуі керек. Ең дұрысы - 1% дейін.
4. Қондырғының қысқа мерзімді қос жүктемелерге төтеп беру мүмкіндігі.

Ең ерекше дизайн - кірістірілген контроллер функциясы бар инвертор.

Күн энергиясының кемшіліктері

• Үлкен аумақтарды пайдалану қажеттілігі,
• Күн электр станциясы түнде жұмыс істемейді және кешкі ымыртта жақсы жұмыс істемейді, ал қуатты тұтынудың шыңы дәл кешкі уақытта болады,
• Алынған энергияның экологиялық тазалығына қарамастан, фотокеллердің құрамында улы заттар бар, мысалы, қорғасын, кадмий, галлий, мышьяк және т.б.

Күн электр станциялары жоғары шығындарға, сондай-ақ күрделі қорғасын галогенидтерінің тұрақтылығына және осы қосылыстардың уыттылығына байланысты сынға түседі. Күн батареялары үшін қорғасынсыз жартылай өткізгіштер, мысалы, висмут пен сурьма негізіндегі жұмыстар белсенді дамуда.

Төмен тиімділігі 20 пайызға жететін тиімділігі төмен болғандықтан, күн панельдері өте ыстық болады. Күн энергиясының қалған 80 пайызы күн панельдерін орташа температурасы 55 ° C дейін қыздырады. Фотоэлектрлік жасуша температурасының 1 ° жоғарылауымен оның тиімділігі 0,5% төмендейді. Бұл тәуелділік сызықты емес және элемент температурасының 10 ° -қа жоғарылауы тиімділіктің екі факторға жуық төмендеуіне әкеледі. Салқындатқышты тасымалдайтын салқындату жүйелерінің белсенді элементтері (желдеткіштер немесе сорғылар) энергияның көп мөлшерін тұтынады, мезгіл-мезгіл техникалық қызмет көрсетуді қажет етеді және бүкіл жүйенің сенімділігін төмендетеді. Пассивті салқындату жүйелері өте төмен өнімділікке ие және күн батареяларын салқындату міндетін шеше алмайды.