Преобразование солнечного света в электричество

Откройте для себя основные основы использования солнечной энергии, чтобы вы могли понять свой проект. Планирование солнечного проекта для электричества начинается с понимания этого раздела. Это отличное место для тех, кто только начинает. Солнечная энергия хорошо работает для большинства бытовых электроприборов. Экономически выгодно использовать солнечную энергию для домашнего электричества.

Солнечная энергия – это преобразование солнечного света в электричество. Солнечный свет может быть преобразован непосредственно в электричество с помощью фотогальваники (PV) или косвенно с помощью концентрации солнечной энергии (CSP), которая обычно фокусирует солнечную энергию для кипячения воды, которая затем используется для получения энергии.Первоначально фотоэлектрические элементы использовались для питания малых и средних устройств, от калькулятора, работающего от одного солнечного элемента, до автономных домов, питаемых от фотоэлектрической батареи.

Три типа фотоэлектрических солнечных панелей: монокристаллические, поликристаллические и аморфные, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Дело в том, что фотогальваника становится более коммерчески жизнеспособной системой, потому что стоимость солнечных панелей снижается, чтобы генерировать полезное количество энергии. В 2008 году солнечная энергия обеспечила 0,02% от общего объема энергоснабжения в мире. Использование удваивается каждые два или меньше лет. Если бы это продолжалось такими темпами, солнечная энергия стала бы доминирующим источником энергии в течение нескольких десятилетий.

ХОТИТЕ СИСТЕМУ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ ПО САМОЙ НИЗКОЙ ЦЕНЕ? НАЧАТЬ СОЛНЕЧНЫЙ ДИЗАЙН

Как работает солнечная энергия

Поскольку солнечное излучение является прерывистым, производство солнечной энергии сочетается либо с хранением, либо с другими источниками энергии для обеспечения непрерывной мощности, хотя для небольших распределенных потребителей электроэнергии чистые измерения делают это прозрачным для потребителя. В более широком масштабе популярны комбинированные электростанции, использующие сочетание ветра, биомассы, гидро- и солнечной энергии, что приводит к 100% возобновляемой энергии.

Использование солнечной энергии для производства электроэнергии — это не то же самое, что использование солнечной энергии для производства тепла. Солнечные тепловые принципы применяются для производства горячих жидкостей или воздуха. Фотоэлектрические принципы используются для производства электроэнергии. Солнечная панель (панель PV) изготовлена ​​из природного элемента, кремния, который приобретает электрический заряд под воздействием солнечного света. Солнечные панели направлены на солнечный юг в северном полушарии и солнечный север в южном полушарии (они немного отличаются от направлений север-юг магнитного компаса) под углом, определяемым географическим положением и широтой места, где они должны быть установлены.

Как правило, угол наклона солнечной батареи устанавливается в диапазоне от широты места плюс 15 градусов до широты места минус 15 градусов, в зависимости от того, желательно ли в системе небольшое зимнее или летнее смещение. Многие солнечные батареи размещены под углом, равным широте места, без смещения на сезонные периоды.

Этот электрический заряд накапливается в фотоэлектрической панели и направляется на выходные клеммы для получения низкого напряжения (постоянный ток) — обычно от 6 до 24 вольт. Самый распространенный выход рассчитан на номинальные 12 вольт, а эффективный выход обычно до 17 вольт. Номинальное выходное напряжение 12 вольт является эталонным напряжением, но рабочее напряжение может быть 17 вольт или выше, подобно тому, как ваш автомобильный генератор заряжает вашу 12-вольтовую батарею напряжением более 12 вольт. Таким образом, есть разница между опорным напряжением и фактическим рабочим напряжением.

Интенсивность солнечного излучения меняется в зависимости от часа дня, времени года и погодных условий. Чтобы иметь возможность производить расчеты при планировании системы, общее количество энергии солнечного излучения выражается в часах полного солнечного света на м² или в часах пикового солнечного излучения. Этот термин, пиковые солнечные часы, представляет собой среднее количество солнечного света в день в течение года. Предполагается, что в «пиковое солнце» 1000 Вт/м² энергии достигает поверхности земли. Один час полного солнечного освещения обеспечивает 1000 Втч на м² = 1 кВтч/м², что представляет собой солнечную энергию, полученную за один час в безоблачный летний день на поверхности в один квадратный метр, направленной к солнцу.

Чтобы представить это с другой точки зрения, Министерство энергетики США указывает, что количество солнечной энергии, попадающей на поверхность земли каждые +/- час, больше, чем общее количество энергии, которое требуется всему человеческому населению в год. Другая точка зрения заключается в том, что примерно 100 квадратных миль солнечных панелей, размещенных на юго-западе США, могли бы обеспечить электроэнергией всю страну.Например, среднесуточное количество часов пикового солнца, основанное либо на статистике за весь год, либо на средней статистике наихудшего месяца года, используется для расчетов при разработке системы. Чтобы увидеть среднее количество часов пикового солнечного излучения для вашего региона в Соединенных Штатах, вы можете использовать нашу карту солнечного излучения. Выберите район, ближайший к вашему местоположению, чтобы получить точное представление о среднем пике солнечных часов.

Таким образом, можно сделать вывод, что мощность системы варьируется в зависимости от предполагаемого географического положения. Домам на северо-востоке США потребуется больше солнечных панелей, чтобы производить такую ​​же общую мощность, как в Аризоне. Мы можем проконсультировать вас по этому поводу, если у вас есть какие-либо сомнения относительно вашего района.

Основными компонентами для производства электроэнергии с использованием солнечной энергии для сетевого приложения, которое обеспечивает обычную мощность переменного тока 120 вольт для повседневного использования, являются солнечные панели и инвертор. Вне сети или в сети с резервным аккумулятором ваша солнечная электрическая система может также включать в себя контроллер заряда и аккумулятор. Солнечные панели заряжают батарею, а регулятор заряда обеспечивает правильную зарядку батареи.

Солнечные панели или батарея обеспечивают инвертор постоянным напряжением, а инвертор преобразует постоянное напряжение в нормальное переменное напряжение для использования в домашних условиях. Если требуется 240 вольт переменного тока, то либо добавляется трансформатор, либо последовательно соединяются два идентичных инвертора для получения 240 вольт.

Солнечные панели

Выходная мощность солнечной панели обычно указывается в ваттах, а мощность определяется путем умножения номинального напряжения на номинальный ток. Формула мощности: ВОЛЬТЫ, умноженные на АМПС, равны ВАТТАМ. Так, например, 12-вольтовая 60-ваттная солнечная панель размером около 20 х 44 дюймов имеет номинальное напряжение 17,1 и номинальный ток 3,5. V x A = W 17,1 вольт, умноженный на 3,5 ампер, равно 60 ваттам. Если в районе доступно в среднем 6 часов пикового солнечного света в день, то указанная выше солнечная панель может производить в среднем 360 ватт-часов энергии в день; 60 Вт раз 6 часов.= 360 ватт-часов. Поскольку интенсивность солнечного света, попадающего на солнечную панель, меняется в течение дня, мы используем термин «пиковые солнечные часы» как метод сглаживания колебаний до среднего дневного значения. Солнечный свет ранним утром и в конце дня производит меньше энергии, чем полуденное солнце.

Естественно, в пасмурные дни будет производиться меньше энергии, чем в яркие солнечные дни. При планировании системы ваша географическая область оценивается по средним пиковым солнечным часам в день на основе годовых данных о солнечном свете. Средние пиковые солнечные часы для различных географических областей указаны на солнечной карте.

Солнечные панели могут быть подключены последовательно или параллельно для увеличения напряжения или силы тока соответственно, и они могут быть подключены как последовательно, так и параллельно для увеличения как вольт, так и ампер. Последовательная проводка означает соединение положительной клеммы одной панели с отрицательной клеммой другой. Полученные внешние положительные и отрицательные клеммы будут производить напряжение, равное сумме двух панелей, но сила тока останется такой же, как у одной панели. Таким образом, две панели на 12 В/3,5 А, соединенные последовательно, дают 24 В при 3,5 А. Четыре из них, соединенные последовательно, будут давать 48 вольт при 3,5 ампер. Параллельное соединение означает соединение положительных клемм с положительными и отрицательных с отрицательными. В результате напряжение остается прежним, а сила тока становится суммой количества панелей.

Контроллер заряда

Контроллер заряда следит за состоянием заряда батареи, чтобы гарантировать, что, когда батарея нуждается в зарядном токе, она его получит, а также гарантирует, что батарея не будет перезаряжена. Подключение солнечной панели к батарее без регулятора серьезно рискует повредить батарею и потенциально может вызвать проблемы с безопасностью. Контроллеры заряда (или часто называемые регуляторами заряда) оцениваются в зависимости от силы тока, которую они могут обрабатывать от солнечной батареи. Если контроллер рассчитан на 20 ампер, это означает, что к этому контроллеру можно подключить до 20 ампер выходного тока солнечной панели.Самые передовые контроллеры заряда используют принцип зарядки, называемый широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), который обеспечивает наиболее эффективную зарядку аккумулятора и продлевает срок его службы. Еще более продвинутые контроллеры также включают отслеживание точки максимальной мощности (MPPT), которое максимизирует количество тока, поступающего в аккумулятор от солнечной батареи, за счет снижения выходного напряжения панели, что увеличивает ток зарядки аккумулятора.

Многие контроллеры заряда также предлагают отключение при низком напряжении (LVD) и компенсацию температуры батареи (BTC) в качестве дополнительной функции. Функция LVD позволяет подключать нагрузки к клеммам LVD, которые затем чувствительны к напряжению. Если напряжение батареи падает слишком сильно, нагрузки отключаются, что предотвращает потенциальное повреждение как батареи, так и нагрузок. BTC регулирует скорость зарядки в зависимости от температуры батареи, поскольку батареи чувствительны к колебаниям температуры выше и ниже примерно 75 градусов по Фаренгейту.

Батарея

Используемые аккумуляторы Deep Cycle рассчитаны на то, чтобы их можно было разряжать, а затем перезаряжать тысячи раз. Эти батареи рассчитаны на ампер-часы (а-ч) — обычно на 20 и 100 часов. Проще говоря, ампер-часы относятся к количеству тока в амперах, которое может быть обеспечено батареей в течение нескольких часов. Например, батарея емкостью 350 Ач может обеспечить 17,5 ампер непрерывной работы в течение 20 часов или 35 ампер непрерывной работы в течение 10 часов. Чтобы быстро выразить общее количество ватт, потенциально доступное в 6-вольтовой батарее 360ah; 360ah, умноженные на номинальные 6 вольт, равняются 2160 ваттам или 2,16 кВтч (киловатт-часам). Подобно солнечным панелям, батареи соединяются последовательно и/или параллельно для повышения напряжения до желаемого уровня и увеличения количества ампер-часов. Аккумулятор должен иметь достаточную емкость в ампер-часах для обеспечения необходимой мощности в течение самого продолжительного ожидаемого периода «без солнца» или в очень облачных условиях. Размер свинцово-кислотной батареи должен быть как минимум на 20% больше, чем это количество.При наличии источника резервного питания, например, резервного генератора вместе с зарядным устройством, аккумуляторная батарея не должна быть рассчитана на наихудшие погодные условия. Размер требуемого блока батарей будет зависеть от требуемой емкости хранения, максимальной скорости разрядки, максимальной скорости зарядки и минимальной температуры, при которой будут использоваться батареи. Во время планирования учитываются все эти факторы, и тот, который требует наибольшей емкости, будет определять размер батареи.

Использование инвертора:

Инвертор — это устройство, которое преобразует мощность постоянного тока от солнечных панелей или аккумулятора в стандартное электричество 120/240 В переменного тока (также называемое 110/220). Большинство солнечных энергетических систем генерируют постоянный ток, который накапливается в батареях. Почти все осветительные приборы, приборы, двигатели и т. д. рассчитаны на использование переменного тока, поэтому для переключения с постоянного тока, хранящегося в батареях, на стандартное питание (120 В переменного тока, 60 Гц) требуется инвертор. В инверторе постоянный ток (DC) переключается туда и обратно для получения переменного тока (AC). Затем он преобразуется, фильтруется, ступенчато и т. д., чтобы получить приемлемую форму выходного сигнала. Чем больше обработка, тем чище и тише вывод, но ниже эффективность преобразования. Цель состоит в том, чтобы создать форму волны, приемлемую для всех нагрузок, не жертвуя при этом слишком большой мощностью процесса преобразования. Инверторы бывают двух основных типов выходного сигнала — синусоидальная и модифицированная синусоидальная. Большинство устройств на 120 В переменного тока могут использовать модифицированную синусоиду, но есть некоторые заметные исключения.

Потери эффективности:

Во всех системах есть потери из-за таких вещей, как потери напряжения, когда электричество передается по проводам, батареи и инверторы не на 100 процентов эффективны, а также другие факторы. Эти потери эффективности варьируются от компонента к компоненту и от системы к системе и могут достигать 25 процентов.Вот почему рекомендуется поговорить с кем-то, у кого есть большой опыт в дизайне, например, с нами! — правильно настроить нужное вам оборудование.