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Wie sind Sonnenkollektoren angeordnet und funktionieren?
Heutzutage kann fast jeder sammeln und zu seiner Verfügung stehen unabhängige Solarenergiequelle (In der wissenschaftlichen Literatur werden sie genannt Photovoltaik-Module).
Kostspielige Geräte werden im Laufe der Zeit durch die Möglichkeit kompensiert, kostenlosen Strom zu erhalten. Es ist wichtig, dass Sonnenkollektoren eine umweltfreundliche Energiequelle sind. In den letzten Jahren haben sich die Preise für Photovoltaik-Module verzehnfacht und sind weiter gesunken, was auf große Aussichten für ihre Verwendung hinweist.
In einer klassischen Form besteht eine solche elektrische Energiequelle aus den folgenden Teilen: direkt einer Solarbatterie (Gleichstromgenerator), einer Batterie mit einer Ladesteuerungsvorrichtung und einem Wechselrichter, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt.
Sonnenkollektoren bestehen aus einem Satz Solarzellen (Photovoltaik-Wandler)die Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umwandeln.
Die meisten Solarzellen bestehen aus Silizium, was ziemlich hohe Kosten verursacht. Diese Tatsache wird die hohen Kosten für elektrische Energie bestimmen, die durch die Verwendung von Sonnenkollektoren erzielt werden.
Zwei Arten von fotoelektrischen Wandlern sind üblich: aus einkristallinem und polykristallinem Silizium. Sie unterscheiden sich in der Produktionstechnik. Ersteres hat einen Wirkungsgrad von bis zu 17,5% und letzteres von 15%.
Der wichtigste technische Parameter einer Solarbatterie, der einen großen Einfluss auf die Effizienz der gesamten Anlage hat, ist ihre Nettoleistung. Sie wird durch Spannung und Ausgangsstrom bestimmt. Diese Parameter hängen von der Intensität des Sonnenlichts ab, das in die Batterie eintritt.
E.s. (elektromotorische Kraft) einzelner Solarzellen hängt nicht von ihrer Fläche ab und nimmt ab, wenn die Batterie von der Sonne erwärmt wird, um etwa 0,4% pro 1 g. Der Ausgangsstrom hängt von der Intensität der Sonnenstrahlung und der Größe der Solarzellen ab. Je heller das Sonnenlicht ist, desto größer ist der von den Solarzellen erzeugte Strom. Ladestrom und Leistung bei bewölktem Wetter werden stark reduziert. Dies ist auf eine Abnahme der von der Batterie abgegebenen Stromstärke zurückzuführen.
Wenn die von der Sonne beleuchtete Batterie für eine Last mit dem Widerstand Rн geschlossen ist, erscheint im Stromkreis ein elektrischer Strom I, dessen Wert durch die Qualität des fotoelektrischen Wandlers, die Lichtintensität und den Lastwiderstand bestimmt wird. Die Leistung Pн, die in der Last freigesetzt wird, wird durch das Produkt Pн = InнUн bestimmt, wobei Un die Spannung an den Batterieklemmen ist.
Die größte Leistung wird in der Last bei einem optimalen Widerstand Ropt zugeteilt, der dem höchsten Wirkungsgrad (Wirkungsgrad) der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie entspricht. Jeder Konverter hat seinen eigenen Ropt-Wert, der von der Qualität, Größe der Arbeitsfläche und dem Beleuchtungsgrad abhängt.
Solarbatterie besteht aus einzelnen Solarzellen, die in Reihe und parallel geschaltet sind, um die Ausgangsparameter (Strom, Spannung und Leistung) zu erhöhen. Wenn die Elemente in Reihe geschaltet sind, steigt die Ausgangsspannung an, während parallel der Ausgangsstrom ansteigt. Um sowohl Strom als auch Spannung zu erhöhen, werden diese beiden Verbindungsmethoden kombiniert. Zusätzlich führt bei diesem Verbindungsverfahren das Versagen einer der Solarzellen nicht zum Versagen der gesamten Kette, d.h. verbessert die Zuverlässigkeit der gesamten Batterie.
Auf diese Weise, Die Solarbatterie besteht aus parallel geschalteten Solarzellen. Der Wert des maximal möglichen Stroms der Batterie ist direkt proportional zur Anzahl der parallel geschalteten und der EMK- in Reihe geschaltete Solarzellen. Durch die Kombination der Verbindungstypen wird die Batterie mit den erforderlichen Parametern zusammengesetzt.
Solarzellen der Batterie werden von Dioden überbrückt. Normalerweise gibt es 4 davon - eine für jeden ¼ Teil der Batterie. Dioden schützen Teile der Batterie vor Ausfällen, die aus irgendeinem Grund abgedunkelt sind, dh wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt das Licht nicht auf sie fällt. Gleichzeitig erzeugt die Batterie vorübergehend 25% weniger Ausgangsleistung als bei normalem Sonnenlicht auf der gesamten Oberfläche der Batterie.
Wenn keine Dioden vorhanden sind, werden diese Solarzellen überhitzt und fallen aus, da sie für die Dauer des Dimmens zu Stromverbrauchern werden (Batterien werden durch Solarzellen entladen). Wenn Dioden verwendet werden, werden sie umgangen und der Strom fließt nicht durch sie. Dioden müssen einen niedrigen Widerstand haben, um den Spannungsabfall an ihnen zu verringern. Für diese Zwecke wurden kürzlich Schottky-Dioden verwendet.
Die empfangene elektrische Energie wird in Batterien gespeichert und dann auf die Last übertragen. Batterien - chemische Stromquellen. Die Batterieladung tritt auf, wenn ein Potential angelegt wird, das größer als die Batteriespannung ist.
Die Anzahl der in Reihe und parallel geschalteten Solarzellen muss so sein, dass die den Batterien zugeführte Betriebsspannung unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls im Ladekreis die Spannung der Batterien geringfügig übersteigt und der Laststrom der Batterie den erforderlichen Wert des Ladestroms liefert.
Zum Laden einer 12-V-Blei-Säure-Batterie benötigen Sie beispielsweise eine 36-Zellen-Solarbatterie.
Bei schwachem Sonnenlicht nimmt die Batterieladung ab und die Batterie gibt elektrische Energie an den Leistungsempfänger ab, d.h. Wiederaufladbare Batterien arbeiten ständig im Entlade- und Auflademodus.
Dieser Prozess wird gesteuert. spezielle Steuerung. Beim zyklischen Laden ist eine konstante Spannung oder ein konstanter Ladestrom erforderlich.
Bei guten Lichtverhältnissen lädt der Akku schnell bis zu 90% seiner Nennkapazität und dann mit einer niedrigeren Ladegeschwindigkeit bis zur vollen Kapazität auf. Das Umschalten auf eine niedrigere Ladegeschwindigkeit wird von der Steuerung des Ladegeräts durchgeführt.
Der effizienteste Einsatz von Spezialbatterien ist Gel (Schwefelsäure wird als Elektrolyt in der Batterie verwendet) und Bleibatterien, die mit AGM-Technologie hergestellt werden. Diese Batterien erfordern keine besonderen Installationsbedingungen und erfordern keine Wartung. Die Passlebensdauer solcher Batterien beträgt 10-12 Jahre bei einer Entladungstiefe von nicht mehr als 20%. Batterien dürfen niemals unter diesen Wert entladen werden, da sich sonst ihre Lebensdauer drastisch verkürzt!
Die Batterie ist über einen Controller, der ihre Ladung steuert, mit der Solarbatterie verbunden. Wenn die Batterie mit voller Leistung aufgeladen wird, wird ein Widerstand an die Solarbatterie angeschlossen, die überschüssige Energie aufnimmt.
Um eine konstante Spannung von einer Batterie in eine Wechselspannung umzuwandeln, mit der die meisten Stromverbraucher zusammen mit einer Solarbatterie mit Strom versorgt werden können, können Sie spezielle Geräte verwenden - Wechselrichter.
Ohne die Verwendung eines Wechselrichters kann eine Sonnenspannung von Sonnenkollektoren, einschließlich, gespeist werden verschiedene tragbare Geräte, energiesparende Lichtquellen, zum Beispiel die gleichen LED-Lampen.
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