El principio de funcionamiento de la batería solar. Esquema del dispositivo de batería solar y el principio de funcionamiento. Entonces, ¿cómo funciona una batería solar?

En los círculos profesionales, los paneles que convierten la luz solar en electricidad se denominan convertidores fotovoltaicos, que en el habla coloquial o cuando se escriben artículos comprensibles para el público en general se denominan paneles solares. El principio de funcionamiento de estos dispositivos, cuyas primeras copias de trabajo aparecieron hace bastante tiempo, en realidad es bastante simple de entender por una persona que solo tiene conocimiento del banco de la escuela.

No es ningún secreto que la unión p-n puede convertir la luz en electricidad. En los experimentos escolares, a menudo se lleva a cabo un experimento con un transistor con una cubierta superior recortada, que permite que la luz caiga sobre la unión p-n. Al conectarle un voltímetro, puede arreglar cómo, cuando se irradia con luz, dicho transistor emite una corriente eléctrica escasa. Y si aumenta el área de la unión p-n, ¿qué sucederá en este caso? En el curso de los experimentos científicos de los últimos años, los especialistas han realizado una unión p-n con placas de gran área, lo que provocó el nacimiento de convertidores fotovoltaicos llamados paneles solares.

El principio de funcionamiento de las baterías solares modernas se ha conservado, a pesar de la larga historia de su existencia. Solo se ha mejorado el diseño y los materiales utilizados en la producción, gracias a lo cual los fabricantes van aumentando poco a poco un parámetro tan importante como el coeficiente de conversión fotoeléctrica o la eficiencia del dispositivo. También hay que decir que la magnitud de la corriente de salida y el voltaje de la batería solar depende directamente del nivel de luz ambiental que le incide.

En la imagen de arriba, puedes ver que la capa superior de la unión p-n, que tiene un exceso de electrones, está conectada a placas de metal que actúan como un electrodo positivo, transmiten la luz y le dan rigidez adicional al elemento. La capa inferior en el diseño de la batería solar carece de electrones y se le pega una placa de metal sólido, que actúa como un electrodo negativo.

La tecnología con la que se fabrica una batería solar afecta a su eficiencia.

Se cree que, idealmente, una batería solar tiene una eficiencia cercana al 20%. Sin embargo, en la práctica y según los especialistas del sitio web www.site, es aproximadamente igual a solo el 10%, a pesar de que para algunos paneles solares es más, para otros es menos. Depende principalmente de la tecnología con la que se realice la unión p-n. Los más populares y con mayor porcentaje de eficiencia siguen siendo los paneles solares fabricados a base de un monocristal o policristal de silicio. Además, estos últimos, debido a su relativo bajo costo, son cada vez más comunes. A qué tipo de diseño pertenece una batería solar se puede determinar a simple vista. Los convertidores de luz monocristalinos son exclusivamente de color negro grisáceo, y los modelos basados ​​en polisilicio se distinguen por una superficie azul. Las células solares policristalinas, fabricadas por fundición, resultaron ser más baratas de fabricar. Sin embargo, las obleas policristalinas y monocristalinas también tienen un inconveniente: los diseños de células solares basados ​​en ellas no tienen flexibilidad, lo que en algunos casos no resultará perjudicial.

La situación cambia con la aparición de las células solares de silicio amorfo en 1975, cuyo elemento activo tiene un espesor de 0,5 a 1 micra, lo que les proporciona flexibilidad. El espesor de los elementos de silicio convencionales alcanza las 300 micras. Sin embargo, a pesar de la absorción de luz del silicio amorfo, que es unas 20 veces mayor que la del silicio ordinario, la eficiencia de las células solares de este tipo, es decir, la eficiencia no supera el 12%. Para las variantes monocristalina y policristalina, con todo ello, puede llegar al 17% y al 15%, respectivamente.

El material del que están hechas las placas afecta las características de los paneles solares.

El silicio puro prácticamente no se utiliza en la producción de obleas para células solares. Muy a menudo, el boro se usa como impureza para la fabricación de una placa que produce una carga positiva y el arsénico para placas con carga negativa. Además de ellos, componentes como arseniuro, galio, cobre, cadmio, telururo, selenio y otros se utilizan cada vez más en la producción de células solares. Gracias a ellos, los paneles solares se vuelven menos sensibles a los cambios de temperatura ambiente.

La mayoría de los paneles solares pueden almacenar energía como sistemas

En el mundo moderno, los paneles solares se usan cada vez menos por separado de otros dispositivos, y con mayor frecuencia representan los llamados sistemas. Dado que las células fotovoltaicas solo generan electricidad cuando se exponen a la luz solar directa o a la luz, se vuelven casi inútiles por la noche o en un día nublado. Los sistemas solares son diferentes. Están equipados con una batería capaz de acumular corriente eléctrica durante el día, cuando la batería solar la genera, y durante la noche, la carga acumulada puede ser entregada a los consumidores.

Para aumentar la potencia, el voltaje de salida y la corriente, se crean paneles basados ​​en paneles solares, donde los elementos individuales se conectan en serie o en paralelo.

Se han generalizado tanto que cada usuario puede pedir componentes y ensamblar e instalar paneles fotovoltaicos de forma independiente con sus propias manos. Por supuesto, el tema del precio sigue siendo relevante, porque los paneles solares no son para nada una opción barata, pero son amigables con el medio ambiente. Y el costo es cada vez más barato cada año. Entonces, a todos se les debe haber ocurrido la idea de usar una fuente de electricidad de este tipo, pero no todos saben cómo funciona una batería solar.

Video sobre cómo funcionan los paneles solares

El principio de funcionamiento de la batería solar.

Para comprender cómo funciona una batería solar, debe comprender en qué consiste. Por regla general, una fuente de energía solar consta de las siguientes partes:

• generador de corriente continua(también conocido como panel solar)

• Batería con control de carga e inversor que convierte la corriente en corriente alterna

• A su momento el panel consta de convertidores fotovoltaicos, que, en términos simples, transforman la energía solar en energía eléctrica. En la mayoría de los casos, se trata de baterías de silicio policristalino o monocristalino. La diferencia en eficiencia y tecnología de producción.

El principio de funcionamiento de una planta de energía solar es la interacción secuencial de varios elementos de una sola red. Los elementos del panel solar están conectados en serie y en paralelo. Esto se hace para aumentar la potencia, el voltaje y la corriente. Además, dicha conexión protegerá en caso de falla de un elemento: el resto de las partes del circuito.

• Las baterías también están plagadas de los llamados diodos. El principio de funcionamiento de los paneles solares se basa en estos elementos. Dichos diodos protegen el panel durante el oscurecimiento parcial. Durante tales apagones, la batería no interrumpe su trabajo, sino que produce una cuarta parte menos de energía. La conclusión es que los diodos no permiten que las células solares se sobrecalienten, las cuales, durante la atenuación, comienzan a consumir electricidad en lugar de generarla.

• Más lejos la electricidad se almacena en baterías. Y entonces ya está dado en el sistema. El punto importante es que la cantidad de elementos conectados en paralelo y en serie en el panel solar debe calcularse de tal manera que el voltaje que está conectado a las baterías exceda el voltaje de la batería misma. Incluso con la reducción. En este caso, la corriente de carga de la batería solar debe proporcionar una cantidad suficiente de corriente de carga. Este parámetro debe tenerse en cuenta cuando .

• Otro factor importante en el funcionamiento de los paneles solares es la potencia útil. Exactamente Este indicador refleja la rentabilidad del uso de para el usuario Esta potencia se calcula en función de la tensión y corriente de salida de la instalación. Y estos indicadores, a su vez, dependen de la fuerza de la luz solar, que cae directamente sobre el panel. Por cierto, las temperaturas demasiado altas para el funcionamiento de los paneles solares no son útiles. Después de todo, con el intenso calentamiento del sol, la llamada fuerza electromotriz cae en los elementos electrogeneradores. Sin embargo, cuanto más brillante es la iluminación del sol, más corriente se genera.

Ahora algunas fórmulas sobre el principio de funcionamiento de los paneles solares.

¿Cómo funciona un panel solar? Por ejemplo, una batería solar se cierra a una carga con una resistencia medida (Rn). En el circuito, por lo tanto, hay una corriente (YO). Al mismo tiempo, el indicador yo se forma en proporción directa a la calidad del convertidor en el circuito, la potencia de la luz solar y la resistencia. A continuación, analicemos Naciones Unidas. Naciones Unidas- este es el voltaje que se crea en las abrazaderas de los paneles solares. Como resultado, conociendo estos indicadores, podemos calcular la potencia que aparece en la carga de la instalación: Pn = InUn

Sin embargo, la resistencia óptima para cada panel es diferente y depende del nivel de eficiencia.

• En tiempo nublado, la carga de las baterías, debido a la menor generación de electricidad por parte de los paneles, disminuye naturalmente. Durante este proceso, el receptor recibe la electricidad. En otras palabras, las baterías siempre están cargadas o descargadas. Este mecanismo de interacción es controlado por el controlador.

• La mayoría de las veces, el funcionamiento de las baterías en un circuito está diseñado de tal manera que son muy cargue rápidamente hasta un 80-90% y luego tome mucho tiempo para obtener el resto de la carga. Hasta la fecha, las baterías más eficientes para su uso en sistemas alternativos de suministro de energía son las baterías de gel. Tales baterías no requieren mantenimiento y no tienen pretensiones en condiciones de funcionamiento. En este caso, la vida útil suele alcanzar los 10 años.

Controlador, resistencia e inversor

• Controlador necesario para conectar las baterías a la red. Controla la carga.

• Resistor absorbe el exceso de generación de energía.

• inversor necesarios para el normal suministro de la red, excepto cuando sea necesario alimentar receptores que funcionen en tensión continua, y no en tensión alterna.

Por supuesto, es difícil entender todas las complejidades del trabajo. Pero esperamos que encuentre respuestas en las páginas de nuestro sitio. Más claramente, el funcionamiento de las células solares se puede entender a partir de diagramas gráficos.

Las fuentes de energía alternativas son cada vez más importantes cada día. La razón de esto es el respeto al medio ambiente, la capacidad de renovación y el bajo costo. La energía solar es una de las fuentes de energía más rentables. Durante los próximos miles de millones de años, seguirá iluminando nuestro planeta, emitiendo una gran cantidad de energía, a diferencia del gas y el petróleo. Hoy hemos aprendido a usar esta fuente con un sistema de paneles solares, pero pocas personas entienden el principio de funcionamiento de la batería solar. Averigüémoslo.

Primero necesitas entender lo que sistema de energía solar para el hogar no son solo esos paneles negros o azulados los que se instalan en los techos de las casas. Estos receptores de luz son solo uno de los cuatro componentes del sistema general, que incluye:

El principio de funcionamiento de la batería solar.

Una batería solar o módulo solar es un elemento clave en un sistema solar de suministro de energía alternativo. Es él quien convierte la luz solar en electricidad utilizable. La base de la batería es un cristal único de silicio artificial, en ambos lados del cual se deposita una capa de boro y fósforo.

La corriente eléctrica se forma donde hay una diferencia de potencial o "+" y "-". Para este propósito, se utiliza una cobertura adicional. Se les llama:

• tipo n o recubrimiento con un exceso de electrones (fósforo);
• tipo p o revestimiento con falta de electrones, los llamados "agujeros" (boro);

Cuando los fotones de la luz solar inciden en el revestimiento tipo n, los electrones libres comienzan a moverse hacia la banda tipo p generación de electricidad o así llamado. Unión PN. De fundamental importancia es el lado en el que caen los rayos del sol.

La estructura de la batería solar.

1. luz de sol;
2. conductor superior;
3. capa de tipo n (fósforo);
4. zona de transición p-n;
5. capa tipo p (boro);
6. conductor inferior;

Ambos lados de la batería solar están cubiertos con capas protectoras que evitan daños mecánicos. El lado superior (soleado) está cubierto adicionalmente con un revestimiento absorbente de luz antirreflectante, que aumenta el nivel de absorción de luz.

Los bloques o módulos receptores de luz separados están interconectados en paneles, lo que aumenta la potencia general del sistema.

Hasta la fecha, el costo de los paneles es uno de los factores más negativos que determinan la compra de paneles. El período de amortización en áreas con muchas horas de luz es de 5 a 10 años, pero a menudo es mucho más largo. Los chinos han logrado significativamente reducir el costo de las celdas fotovoltaicas al reemplazar el silicio monocristalino con policristales, pero esto ha afectado la ya baja eficiencia de las baterías. Eficiencia media trabajo de paneles solares varía de 13 a 17%. La eficiencia más alta alcanzada fue del 24%.

Finalmente, una película sobre el principio de funcionamiento de una batería solar con comentarios de expertos:

Una de las fuentes de energía es la generación de energía alternativa a partir del sol. Apareció hace relativamente poco tiempo, pero ya ha logrado ganar popularidad en los países de la UE, debido a su alta eficiencia y costo razonable.

La batería solar es una fuente de energía casi inagotable, capaz de acumular y convertir los rayos de luz en energía y electricidad. En los países de la CEI, una nueva fuente de energía está ganando popularidad gradualmente. (Por cierto, puedes leer el artículo sobre cómo elegir un panel solar).

Componentes

Hay dos tipos de conexión:

• secuencial;
• paralela.

La única diferencia es que en una conexión en paralelo aumenta la corriente y en serie aumenta la tensión.

Si existe la necesidad de una operación máxima de dos parámetros a la vez, entonces se usa la serie paralela.

Pero debe tenerse en cuenta que las cargas elevadas pueden hacer que algunos contactos se quemen. Los diodos se utilizan para evitar esto.

Un diodo es capaz de proteger una cuarta parte de la fotocélula. Si no están en el dispositivo, existe una alta probabilidad de que toda la fuente de energía deje de funcionar después de la primera lluvia o huracán.

Punto importante: ni la acumulación ni la fuerza actual corresponden en absoluto a los posibles parámetros de los electrodomésticos modernos, por lo que es necesario redistribuir y acumular electricidad.

Para hacer esto, se recomienda conectar adicionalmente al menos dos. Uno será acumulativo, y el segundo repuesto o reserva.

Aquí hay un ejemplo de la operación de baterías adicionales. Cuando afuera hace buen tiempo y hace sol, la carga se va rápido y al poco tiempo ya hay exceso de energía.

Por lo tanto, todo este proceso está controlado por un reóstato especial, que en un momento determinado puede transferir toda la electricidad innecesaria a reservas adicionales.

Puede familiarizarse con las reseñas de los propietarios de paneles solares en este artículo:

Principio de funcionamiento

¿Cuál es el principio de funcionamiento de una fuente de energía alternativa?

Primero, las células solares son obleas de silicio. A su vez, el silicio en su composición química presenta la máxima similitud con el silicio puro. Fue este matiz lo que hizo posible reducir el costo de la batería solar y lanzarla ya en el transportador.

El silicio está necesariamente cristalizado, ya que en sí mismo es un semiconductor. Los monocristales se hacen mucho más simples, pero no tienen muchas caras, por lo que los electrones pueden moverse en línea recta.

Los paneles solares ya se están utilizando para alimentar una amplia variedad de equipos: desde dispositivos móviles hasta vehículos eléctricos. Aprenderá de este artículo cómo están dispuestos, qué son y de qué son capaces los paneles solares modernos.

historia de la creacion

Históricamente sucedió que los paneles solares ya son el segundo intento de la humanidad para frenar la energía ilimitada del Sol y hacer que funcione para su propio beneficio. Los primeros en aparecer fueron los colectores solares (centrales solares térmicas), en los que se genera electricidad a partir del agua calentada hasta el punto de ebullición bajo luz solar concentrada.

Los paneles solares producen electricidad directamente, que es mucho más eficiente. Con la transformación directa, se pierde mucha menos energía que con la multietapa, como en los colectores (concentración de luz solar, calentamiento de agua y generación de vapor, rotación de una turbina de vapor, y solo al final generación de electricidad por un generador).

Los paneles solares modernos consisten en una cadena de células fotovoltaicas, dispositivos semiconductores que convierten la energía solar directamente en corriente eléctrica. El proceso de convertir la energía solar en corriente eléctrica se denomina efecto fotoeléctrico.

Este fenómeno fue descubierto por el físico francés Alexandre Edmond Becquerel a mediados del siglo XIX. La primera fotocélula en funcionamiento medio siglo después fue creada por el científico ruso Alexander Stoletov. Y ya en el siglo XX, el efecto fotoeléctrico fue descrito cuantitativamente por Albert Einstein, quien no requiere presentación alguna.

Principio de funcionamiento

Un semiconductor es un material en el que los átomos tienen electrones extra (tipo n), o viceversa, no son suficientes (tipo p). En consecuencia, una fotocélula semiconductora consta de dos capas con diferente conductividad. La capa n se usa como cátodo y la capa p se usa como ánodo.

Los electrones adicionales de la capa n pueden abandonar sus átomos, mientras que la capa p captura estos electrones. Son los rayos de luz los que "eliminan" los electrones de los átomos de la capa n, después de lo cual vuelan hacia la capa p para ocupar lugares vacíos. De esta manera, los electrones corren en círculo, abandonando la capa p, pasando a través de la carga (en este caso, la batería) y regresando a la capa n.

El selenio fue el primer material fotovoltaico de la historia. Fue con su ayuda que se produjeron fotocélulas a finales del siglo XIX y principios del XX. Pero dada la eficiencia extremadamente baja (menos del 1 por ciento), el selenio inmediatamente comenzó a buscar un reemplazo.

La producción en masa de células solares se hizo posible después de que la empresa de telecomunicaciones Bell Telephone desarrollara una fotocélula basada en silicio. Sigue siendo el material más común en la producción de células solares. Es cierto que la purificación del silicio es un proceso extremadamente costoso, por lo que, poco a poco, se van probando alternativas: compuestos de cobre, indio, galio y cadmio.

Está claro que la potencia de las fotocélulas individuales no es suficiente para alimentar aparatos eléctricos potentes. Por lo tanto, se combinan en un circuito eléctrico, formando así una batería solar (otro nombre es panel solar).

Las fotocélulas están unidas al marco de la batería solar de tal manera que se pueden reemplazar una a la vez en caso de falla. Para proteger contra factores externos, toda la estructura está cubierta con plástico duradero o vidrio templado.

Variedades existentes

Los paneles solares se clasifican según la potencia de electricidad generada, que depende del área del panel y su diseño. La potencia del rayo solar en el ecuador alcanza 1 kW, mientras que en nuestra zona en tiempo nublado puede caer por debajo de los 100 vatios. Como ejemplo, tomemos el valor promedio (500 W) y en cálculos posteriores lo construiremos.

Las células solares amorfas, fotoquímicas y orgánicas tienen el coeficiente de conversión fotoeléctrica más bajo. Para los primeros dos tipos, es alrededor del 10 por ciento, y para el último, es solo el 5 por ciento. Esto significa que con una potencia de flujo solar de 500 W, un panel solar con una superficie de un metro cuadrado generará 50 y 25 W de electricidad, respectivamente.

A diferencia de los tipos de fotocélulas anteriores, actúan las células solares basadas en semiconductores de silicio. El coeficiente de conversión fotoeléctrica al nivel del 20% y en condiciones favorables, y el 25% es algo común para ellos. Como resultado, la potencia de un panel solar de un metro puede alcanzar los 125 vatios.

Solo las soluciones basadas en arseniuro de galio pueden competir con los paneles solares de silicio en términos de potencia. Gracias a esta conexión, los ingenieros han aprendido a crear células fotovoltaicas multicapa con un CFP superior al 30 % (hasta 150 W de electricidad por metro cuadrado).

Si hablamos del área de las baterías solares, existen "placas" en miniatura con una potencia de hasta 10 W (para transporte frecuente) y "hojas" anchas de 200 W o más (puramente para uso estacionario). ).

El rendimiento de los paneles solares puede verse afectado negativamente por una serie de factores. Por ejemplo, al aumentar la temperatura, la CFP de las fotocélulas disminuye. Esto es a pesar del hecho de que los paneles solares se instalan en países cálidos y soleados. Resulta una especie de espada de doble filo.

Y si oscurece parte del panel solar, las fotocélulas inactivas no solo dejan de generar electricidad, sino que también se convierten en una carga adicional y dañina.

Principales fabricantes

Los líderes mundiales en la fabricación de células solares son Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar y Sharp Solar. Los primeros tres representan a China, el cuarto representa a los Estados Unidos y el quinto, como puede suponer, es una división de la corporación japonesa Sharp.

La empresa estadounidense First Solar no solo produce paneles solares, sino que también participa directamente en el diseño y construcción de plantas de energía solar. , que se encuentra en Arizona, EE. UU., es obra de los ingenieros de First Solar.

La planta de energía solar más grande de Ucrania, Perovo, fue construida y provista de paneles solares por la empresa austriaca Activ Solar.

La empresa china Suntech se hizo famosa por preparar un estadio de fútbol llamado Nido de Pájaro en Beijing para los Juegos Olímpicos de Verano de 2008. La electricidad generada a lo largo del día con la ayuda de paneles solares se acumula y luego se utiliza para iluminar el estadio, regar el césped del campo de fútbol y operar equipos de telecomunicaciones.

conclusiones

Hace dos décadas, las microcalculadoras con fotocélulas parecían una curiosidad, lo que hacía posible no cambiar la “batería de la tableta” en ellas durante años. Ahora los teléfonos móviles con panel solar integrado en la tapa trasera no sorprenden a nadie. Pero esto es una bagatela en comparación con los automóviles y aviones (aunque no tripulados), que han aprendido a moverse con la ayuda de la energía solar únicamente.

El futuro de los paneles solares se ve tan brillante como el sol mismo. Me gustaría creer que son los paneles solares los que finalmente curarán los teléfonos inteligentes y las tabletas de la "adicción a las rosetas".