태양 전지의 작동 원리
이 장치는 태양 광선을 전기로 직접 변환하도록 설계되었습니다. 이 작용을 광전 효과라고 합니다. 소자를 만드는 데 사용되는 반도체(실리콘 웨이퍼)는 양전하와 음전하를 띤 전자를 가지며 n층(-)과 p층(+)의 두 층으로 구성됩니다. 햇빛의 영향을받는 과잉 전자는 층에서 떨어져 나와 다른 층의 빈 자리를 차지합니다. 이로 인해 자유 전자가 한 판에서 다른 판으로 끊임없이 이동하여 배터리에 저장된 전기를 생성합니다.
태양 전지가 작동하는 방식은 주로 설계에 따라 다릅니다. 태양 전지는 원래 실리콘으로 만들어졌습니다.그들은 여전히 매우 인기가 있지만 실리콘 정제 과정이 다소 힘들고 비용이 많이 들기 때문에 카드뮴, 구리, 갈륨 및 인듐 화합물의 대체 광전지 모델이 개발되고 있지만 생산성이 떨어집니다.
기술의 발달로 태양광 패널의 효율이 높아졌습니다. 오늘날 이 수치는 세기 초에 기록된 1%에서 20% 이상으로 증가했습니다. 이를 통해 오늘날 우리는 국내 수요뿐만 아니라 생산에도 패널을 사용할 수 있습니다.
명세서
태양 전지 장치는 매우 간단하며 몇 가지 구성 요소로 구성됩니다.
직접 태양 전지/태양 전지 패널;
직류를 교류로 변환하는 인버터;
배터리 잔량 컨트롤러.
태양 전지판용 배터리 구매는 필요한 기능을 기반으로 해야 합니다. 그들은 전기를 저장하고 분배합니다. 저장과 소비는 주간에 이루어지며, 밤에는 축적된 요금만 소모됩니다. 따라서 지속적이고 지속적인 에너지 공급이 있습니다.
배터리의 과도한 충전 및 방전은 수명을 단축시킵니다. 태양 전지 충전 컨트롤러는 최대 매개 변수에 도달하면 배터리에 에너지 축적을 자동으로 중단하고 심하게 방전되면 장치의 부하를 끕니다.
(Tesla Powerwall - 7kW 태양 전지 패널 배터리 - 및 전기 자동차용 가정용 충전)
태양광 패널용 그리드 인버터는 가장 중요한 설계 요소입니다. 태양 광선에서 받은 에너지를 다양한 용량의 교류로 변환합니다.동기 변환기이기 때문에 주파수 및 위상의 전류 출력 전압을 고정 네트워크와 결합합니다.
광전지는 직렬 및 병렬로 연결할 수 있습니다. 후자의 옵션은 전력, 전압 및 전류 매개변수를 증가시키고 한 요소가 기능을 상실하더라도 장치가 작동하도록 합니다. 결합 모델은 두 구성표를 모두 사용하여 만들어집니다. 플레이트의 수명은 약 25년입니다.
개인 주택용 태양 전지판 선택
개인 주택용 태양 전지판을 구입하기 전에 다음 사항을 확인하십시오.
- 방의 일일 전기 소비량;
- 패널 설치 장소 (남향, 그림자가 없어야하고 적절한 경사각을 설정해야 함);
- 배터리는 최대 섭씨 25도의 이 온도에서 따뜻한 방에 배치됩니다.
- 전기 제품의 최대 부하를 고려하십시오.
- 시스템의 계절적 또는 영구적 사용.
빛 활동이 많은 지역의 경우 단결정 배터리가 가장 적합합니다. 여름 거주지 또는 개인 플롯의 경우 계절 사용이 계획된 경우 미세 다결정 모델이 가장 적합합니다. 그들은 상대적으로 저렴하고 확산 된 측면 조명을 잘 인식하며 흐린 날씨에 비스듬히 작동합니다.
계산 예
교외 지역은 3-6kWh의 전기 에너지를 소비하지만, 이 수치는 가정에서 많은 수의 전기 제품이나 추가 조명을 사용할 때 더 높을 수 있습니다. 3층짜리 코티지는 20~50kWh 이상을 소비합니다. 제공된 정보를 기반으로 계산을 수행합니다.
| № | 에너지 소비자 | 전력, 여 | 수량 | 작업 시간, h | 1일 전력 소비량, kWh |
| 1 | 램프 | 90 | 3 | 3 | 1 |
| 2 | 램프 | 50 | 3 | 3 | 0,56 |
| 3 | TV | 150 | 1 | 4 | 0,7 |
| 4 | 펌프 | 400 | 1 | 2 | 1 |
| 5 | 냉장고 | 1200 | 1 | 2 | 3 |
| 6 | 공책 | 400 | 1 | 2 | 0,8 |
| 7 | 위성 | 20 | 1 | 4 | 0,9 |
| 총: | — | — | — | 7kW(손실 포함) |
별장의 에너지 집약도는 7kW(손실 포함)입니다. 집이 에너지 공급에 충분한 햇빛이 있는 남쪽에 있는 경우 약 20개의 배터리가 필요합니다. 한 패널의 작동 전력은 400와트입니다. 이 양은 4~6인 가족이 상주하는 교외 지역에 에너지를 공급할 수 있는 양이다.
설치
특정 회사의 제품을 구입할 때 상세한 배선도와 지침을 얻을 수 있으며 무정전 전원 공급 장치와 태양 전지판을 자신의 손으로 설치할 수 있습니다. 그러나 시스템 설치 및 구성을 처리하고 싶지 않거나 이전에 이 작업을 수행한 적이 없다면 이 작업을 전문가에게 맡기십시오.
전문가가 현장을 방문하여 단시간에 장비의 설치 및 시운전을 수행합니다. 태양광 발전소의 설치는 시스템의 복잡성에 따라 평균 1~4일이 소요되며, 무정전 전원 공급 장치는 1~2일 내에 설치됩니다.
태양광 모듈의 설치는 사전 승인된 계획과 시스템의 모든 구성 요소에 따라 이루어집니다. 배터리, 충전 컨트롤러 및 변환기는 편리하고 접근 가능한 장소에 설치됩니다. 발전소는 유지 보수가 쉽습니다. 태양 전지판은 매끄러운 표면을 가지고 있습니다 눈과 먼지가 쌓이지 않는 특수 유리. 태양광 발전 시스템에 사용되는 배터리는 유지 관리가 필요 없으며 수명이 최대 10년입니다.
팁
전문가들은 태양 전지판을 적절하게 배치하고 연결하는 방법에 대한 몇 가지 권장 사항을 제공합니다.
대부분 대체 에너지 원을 사용하는 제품은 지붕이나 주택 건설 벽에 장착되며 덜 자주 특수하고 안정적인 지지대를 사용합니다.
어쨌든 정전은 완전히 배제되어야합니다. 즉, 배터리는 키가 큰 나무와 이웃 건물의 그림자 아래 떨어지지 않는 방향으로 방향을 잡아야합니다.
플레이트 세트의 설치는 행으로 수행되며 배열은 평행합니다. 이와 관련하여 더 높은 행이 아래에 그림자를 드리우지 않도록 하는 것이 매우 중요합니다. 이 요구 사항은 매우 중요합니다. 전체 또는 부분 음영은 에너지 생산의 감소 및 심지어 완전한 중단을 유발하며, 또한 종종 장비 고장을 유발하는 "역전류" 형성의 영향이 발생할 수 있기 때문입니다.
햇빛에 대한 적절한 방향은 패널의 효율성과 효과에 매우 중요합니다.
표면이 가능한 모든 UV 광선을 받는 것이 매우 중요합니다. 정확한 방향은 건물의 지리적 위치에 대한 데이터를 기반으로 계산됩니다.
예를 들어, 패널이 건물의 북쪽에 장착된 경우 패널은 남쪽을 향해야 합니다.
구조물의 전체 경사각도 마찬가지로 중요하며 구조물의 지리적 방향에 따라 결정됩니다.전문가들은 이 표시기가 집 위치의 위도에 해당해야 한다고 계산했으며, 태양은 연중 시간에 따라 수평선 위의 위치를 여러 번 변경하기 때문에 최종 설치 각도 조정을 고려하는 것이 합리적입니다. 배터리. 일반적으로 보정은 12도를 초과하지 않습니다.
- 추운 겨울에는 공격적인 눈과 따뜻한 계절에는 효율성을 크게 감소시키는 비 얼룩으로부터 주기적으로 청소해야 하기 때문에 배터리는 배터리에 자유롭게 접근할 수 있는 방식으로 놓아야 합니다. 배터리를 사용하는 것.
- 현재까지 중국과 유럽의 태양광 패널 모델이 많이 판매되고 있으며 가격이 다르기 때문에 누구나 자신의 예산에 맞는 최적의 모델을 설치할 수 있습니다.
결론적으로, 이 에너지원이 환경에 절대적으로 해를 끼치지 않기 때문에 우리 행성은 태양 전지판의 사용으로부터 가장 큰 혜택을 받을 것이라는 점에 유의해야 합니다. 소비자로서 지구의 미래, 토지 자원의 잠재력 및 천연 자원 보존에 관심이 있다면 태양 전지판이 최선의 선택입니다.
집 지붕에 태양 전지를 설치하는 방법은 다음 비디오를 참조하십시오.
주제에 대한 결론
태양열 발전소 설치에 대한 전문적인 접근 방식을 통해 모든 요소, 뉘앙스를 고려하고 성가신 실수를 피할 수 있습니다.
태양 전지판 설치에 대한 일반 규칙
태양 전지판을 설치할 때 5가지 요소를 고려해야 하며 이 요소의 조합은 궁극적으로 설치 장소와 방법을 결정합니다.
- 방열
- 그림자
- 정위
- 경사
- 서비스 가용성
위에서 언급한 것처럼 방열은 배터리의 성능을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 패널과 설치면 사이에는 반드시 환기 간격을 두는 것이 중요하며 클수록 좋습니다. 일반적으로 패널과 평면 사이에 모듈을 장착하기 위한 프레임이나 프레임을 장착할 때 5~10cm가 남습니다. 별도의 프레임이나 로드에 장착하면 최대 환기가 보장됩니다.
나무나 건물에서 배터리에 떨어지는 그림자는 음영 처리된 셀을 "끄며" 값비싼 단결정 모듈의 성능 저하를 가속화하고 다결정 모듈의 발전을 완전히 중지합니다. 제조업체는 구매 시 반드시 고려해야 하는 전기 회로 중단으로 인한 "핫스팟" 위험을 최소화하기 위해 다양한 방법을 제공합니다. 그러나 "단단한"그림자가 어떤 식 으로든 떨어지지 않도록 배터리를 설치하는 것이 좋습니다. 안개, 구름 또는 스모그로 인한 "부드러운" 그림자는 배터리에 해를 끼치지 않으며 단지 전력 출력을 감소시킵니다.
배터리를 남쪽으로 향해야하므로 일사량이 최대가됩니다. 다른 모든 설치 방법은 타협이며 고려하지 않는 것이 좋습니다. 모듈 구매에 수만 루블을 소비하는 것은 비합리적이지만 배터리를 태양이 아닌 방향으로 맞추는 것은 비합리적입니다. 러시아 연방의 다양한 지역에 대한 일사량 지도는 인터넷에 게시되며 공개적으로 사용 가능합니다. 러시아의 중앙 스트립은 주로 1 평방 미터에서 일사량의 두 번째 영역에 있습니다. 적절하게 설치된 이상적인 태양광 모듈의 미터는 최대 3kWh/일을 생산할 수 있습니다.
표면을 빠르게 청소할 수 있는 배터리를 사용하면 전문가의 개입 없이 이 간단한 작업을 수행할 수 있습니다.겨울에는 표면에 눈이, 여름에는 바람과 비로 인한 먼지와 흙이 없어야 합니다. 근처에 공사 중인 물체가 있으면 모듈 표면을 매일 청소해야 합니다. 가장 쉬운 방법은 호스나 창문 청소용 브러시에서 물을 분사하는 것입니다.
최대 효율성을 달성하는 방법
가정용 태양광 패널을 구입할 때는 가정에 충분한 전력을 공급할 수 있는 디자인을 선택하는 것이 매우 중요합니다. 흐린 날씨에 태양 전지판의 효율은 시간당 1제곱미터당 약 40W인 것으로 믿어집니다.
실제로 흐린 날씨에 지면의 광전력은 약 200와트/제곱미터이지만 태양광의 40%는 태양광 패널이 민감하지 않은 적외선 복사입니다. 배터리 효율이 25%를 거의 초과하지 않는다는 점도 고려할 가치가 있습니다.
때로는 강렬한 햇빛의 에너지가 평방 미터당 500W에 도달할 수 있지만 계산에는 최소 수치를 고려해야 하므로 자율 전원 공급 시스템이 중단되지 않습니다.
연 평균으로 따지면 매일 평균 9시간 동안 태양이 비치고 있습니다. 하루에 변환기 표면의 1제곱미터는 1킬로와트의 전기를 생산할 수 있습니다. 집 거주자가 하루에 약 20킬로와트의 전기를 소비하는 경우 태양 전지판의 최소 면적은 약 40제곱미터가 되어야 합니다.
그러나 실제로 이러한 전력 소비 지표는 드뭅니다. 일반적으로 세입자는 하루에 최대 10kW를 사용합니다.
태양 전지 패널이 겨울에 작동하는지 여부에 대해 이야기하면 연중 이맘때 일광 시간이 크게 단축되지만 시스템에 강력한 배터리를 제공하면 하루에받는 에너지는 다음과 같아야합니다. 백업 배터리의 존재를 고려하면 충분합니다.
태양 전지를 선택할 때 배터리 용량에주의를 기울이는 것이 매우 중요합니다. 야간에 작동하는 태양광 패널이 필요한 경우 백업 배터리의 용량이 중요한 역할을 합니다. 또한 장치는 빈번한 재충전에 강해야 합니다.
또한 장치는 빈번한 재충전에 강해야 합니다.
태양 전지판 설치 비용이 100만 루블을 초과할 수 있다는 사실에도 불구하고 태양 에너지는 절대적으로 무료이기 때문에 비용은 몇 년 안에 갚을 것입니다.
태양 전지는 어떻게 작동합니까
지구상의 모든 생물은 태양의 에너지 덕분에 생겨났습니다. 매초 엄청난 양의 에너지가 태양 복사의 형태로 행성 표면에 옵니다. 우리가 집을 데우기 위해 수천 톤의 석탄과 석유 제품을 태우고 있는 동안, 적도에 가까운 나라들은 더위에 지쳐가고 있습니다. 인간의 필요를 위해 태양의 에너지를 사용하는 것은 탐구하는 마음을 위한 가치 있는 작업입니다. 이 기사에서는 태양광을 전기 에너지로 직접 변환하는 태양 전지의 설계를 고려할 것입니다.
얇은 웨이퍼는 물리적 특성이 다른 두 층의 실리콘으로 구성됩니다. 내부 층은 정공 전도성이 있는 순수한 단결정 실리콘입니다. 외부에서는 예를 들어 인의 혼합물과 함께 "오염된" 실리콘의 매우 얇은 층으로 덮여 있습니다.단단한 금속 접점이 플레이트 뒷면에 적용됩니다. n-층과 p-층의 경계에서 전하 오버플로의 결과로 n-층에 보상되지 않은 양의 부피 전하가 있는 공핍 영역이 형성됩니다.층 및 부피 음전하 p-레이어에서. 이 영역은 함께 pn 접합을 형성합니다.
접합부에서 발생하는 전위 장벽은 주요 전하 캐리어의 통과를 방지합니다. p층 측면에서 전자를 방출하지만 반대 방향으로 마이너 캐리어를 자유롭게 통과합니다. pn 접합의 이러한 특성은 태양 전지에 햇빛을 조사할 때 광기전력을 얻을 가능성을 결정합니다. SC가 조명되면 흡수된 광자는 비평형 전자-정공 쌍을 생성합니다. p-n 접합 부근의 p-층에서 생성된 전자는 p-n 접합에 접근하고 그 안에 존재하는 전기장에 의해 n-영역으로 전달된다.
유사하게, n-층에서 생성된 초과 홀은 부분적으로 p-층으로 전달된다. 결과적으로 n층은 추가 음전하를 얻고 p층은 양전하를 얻습니다. 반도체의 p층과 n층의 초기 접촉전위차가 작아져 외부회로에 전압이 나타난다. 전류 소스의 음극은 n층에 해당하고 p층은 양극에 해당합니다.
대부분의 현대 태양 전지에는 단일 pn 접합이 있습니다. 이러한 요소에서 자유 전하 캐리어는 에너지가 밴드 갭보다 크거나 같은 광자에 의해서만 생성됩니다. 즉, 단일 접합 셀의 광전 응답은 에너지가 밴드 갭보다 높은 태양 스펙트럼 부분으로 제한되고 에너지가 낮은 광자는 사용되지 않습니다.이러한 한계는 서로 다른 밴드 갭을 갖는 2개 이상의 SC의 다층 구조로 극복할 수 있습니다. 이러한 요소를 다중 접합, 캐스케이드 또는 탠덤이라고 합니다. 태양 스펙트럼의 훨씬 더 많은 부분에서 작동하기 때문에 광전지 변환 효율이 더 높습니다. 일반적인 다중접합 태양전지에서 단일 광전지는 태양광이 밴드갭이 가장 큰 전지에 먼저 닿고 에너지가 가장 높은 광자가 흡수되도록 배열됩니다.
배터리는 햇빛에서 작동하지 않지만 원칙적으로 햇빛에서 작동합니다. 전자기 복사는 연중 언제든지 지구에 도달합니다. 흐린 날씨에만 더 적은 에너지가 생산됩니다. 예를 들어 자율 태양광 조명을 설치했습니다. 물론 배터리를 완전히 충전할 시간이 없는 짧은 기간도 있습니다. 그러나 일반적으로 이것은 겨울 동안 그렇게 자주 발생하지 않습니다.
흥미롭게도 태양 전지판에 눈이 내리더라도 태양 에너지를 계속 변환합니다. 그리고 광전지가 가열된다는 사실 때문에 눈 자체가 녹습니다. 원리는 자동차 유리를 가열하는 것과 같습니다.
구름 한 점 없는 날씨에 태양열 배터리를 사용하기에 완벽한 겨울 날씨입니다. 때때로 그러한 날에는 세대 기록도 정리할 수 있습니다.
겨울에는 태양광 패널의 효율이 떨어집니다. 모스크바와 모스크바 지역에서는 평균적으로 한 달에 8배 적은 전력을 생산합니다. 가정에서 냉장고, 컴퓨터 및 천장 조명을 작동하기 위해 여름에 1kW의 에너지가 필요하고 겨울에는 안정성을 위해 2kW를 비축하는 것이 더 낫다고 가정해 보겠습니다.
동시에 극동에서는 일조 시간이 길어 효율성이 1.5배에서 2배 정도 감소합니다. 그리고 물론 남쪽으로 멀어질수록 겨울과 여름의 차이는 작아집니다.
모듈의 경사각도 중요합니다. 일년 내내 보편적인 각도를 설정할 수 있습니다. 그리고 계절에 따라 매번 변경할 수 있습니다. 이것은 집 소유자가 아니라 현장에 가는 전문가가 수행합니다.
태양열 연결 옵션
태양광 패널은 여러 개의 개별 패널로 구성됩니다. 전력, 전압 및 전류의 형태로 시스템의 출력 매개변수를 증가시키기 위해 요소가 서로 연결되어 물리 법칙을 적용합니다.
여러 패널을 서로 연결하려면 세 가지 태양광 패널 장착 방식 중 하나를 사용하여 수행할 수 있습니다.
- 평행한;
- 일관된;
- 혼합.
병렬 회로에는 동일한 이름의 단자를 서로 연결하는 것이 포함되며, 여기서 요소에는 도체의 수렴과 분기의 두 가지 공통 노드가 있습니다.
병렬 회로의 경우 플러스는 플러스에 연결되고 마이너스는 마이너스에 연결되어 출력 전류가 증가하고 출력 전압이 12V 이내로 유지됩니다
병렬 회로에서 가능한 최대 출력 전류 값은 연결된 요소의 수에 정비례합니다. 수량 계산 원칙은 권장하는 기사에 나와 있습니다.
직렬 회로는 반대 극의 연결을 포함합니다: 첫 번째 패널의 "플러스"와 두 번째 패널의 "마이너스". 두 번째 패널의 나머지 사용되지 않은 "플러스"와 첫 번째 배터리의 "마이너스"는 회로를 따라 더 멀리 위치한 컨트롤러에 연결됩니다.
이러한 유형의 연결은 전류 흐름에 대한 조건을 생성하며, 여기서 에너지 캐리어를 소스에서 소비자로 전달하는 방법은 단 한 가지뿐입니다.
직렬 연결을 사용하면 출력 전압이 증가하여 24V에 도달하여 휴대용 장비, LED 램프 및 일부 전기 수신기에 전원을 공급하기에 충분합니다.
직렬 병렬 또는 혼합 회로는 여러 그룹의 배터리를 연결해야 할 때 가장 자주 사용됩니다. 이 회로를 적용하면 출력에서 전압과 전류를 모두 증가시킬 수 있습니다.
직렬 병렬 연결 방식을 사용하면 출력 전압이 표시에 도달하며 그 특성은 대부분의 가사 작업을 해결하는 데 가장 적합합니다.
이 옵션은 시스템의 구조적 요소 중 하나에 장애가 발생하더라도 다른 연결 체인이 계속 작동한다는 점에서 유용합니다. 이는 전체 시스템의 신뢰성을 크게 향상시킵니다.
이미지 갤러리
사진 출처
태양전지 연결
필요에 따른 패널 수
태양광 기기의 직렬 연결
조명기구에 직접 연결
결합 회로를 조립하는 원리는 각 그룹 내의 장치가 병렬로 연결된다는 사실에 기반합니다. 그리고 하나의 회로에 있는 모든 그룹의 연결은 순차적으로 수행됩니다.
다른 유형의 연결을 결합하면 필요한 매개 변수로 배터리를 조립하는 것이 어렵지 않습니다. 가장 중요한 것은 연결된 셀의 수는 충전 회로의 강하를 고려하여 배터리에 공급되는 작동 전압이 배터리 자체의 전압을 초과하고 배터리의 부하 전류가 동시에 시간은 필요한 충전 전류량을 제공합니다.
