Le principe de fonctionnement et le dispositif des panneaux solaires

Le principe de fonctionnement de la batterie solaire

L'appareil est conçu pour convertir directement les rayons du soleil en électricité. Cette action s'appelle l'effet photoélectrique. Les semi-conducteurs (tranches de silicium), qui sont utilisés pour fabriquer des éléments, ont des électrons chargés positifs et négatifs et se composent de deux couches, la couche n (-) et la couche p (+). Les électrons en excès sous l'influence de la lumière du soleil sont expulsés des couches et occupent des places vides dans une autre couche. Cela provoque un mouvement constant des électrons libres, se déplaçant d'une plaque à l'autre, générant de l'électricité qui est stockée dans la batterie.

Le fonctionnement d'une batterie solaire dépend en grande partie de sa conception. Les cellules solaires étaient à l'origine fabriquées à partir de silicium.Ils sont toujours très populaires, mais comme le processus de purification du silicium est plutôt laborieux et coûteux, des modèles avec des photocellules alternatives à base de composés de cadmium, de cuivre, de gallium et d'indium sont en cours de développement, mais ils sont moins productifs.

L'efficacité des panneaux solaires a augmenté avec le développement de la technologie. Aujourd'hui, ce chiffre est passé d'un pour cent, enregistré au début du siècle, à plus de vingt pour cent. Cela nous permet aujourd'hui d'utiliser des panneaux non seulement pour les besoins domestiques, mais aussi pour la production.

Caractéristiques

Le dispositif de batterie solaire est assez simple et se compose de plusieurs composants :

Directement cellules solaires / panneau solaire ;

Un onduleur qui convertit le courant continu en courant alternatif ;

Contrôleur de niveau de batterie.

L'achat de batteries pour panneaux solaires doit être basé sur les fonctions requises. Ils stockent et distribuent l'électricité. Le stockage et la consommation se produisent tout au long de la journée et la nuit, la charge accumulée n'est consommée. Ainsi, il y a un approvisionnement constant et continu en énergie.

Une charge et une décharge excessives de la batterie réduiront sa durée de vie utile. Le contrôleur de charge de la batterie solaire suspend automatiquement l'accumulation d'énergie dans la batterie lorsqu'elle a atteint ses paramètres maximum et éteint la charge de l'appareil lorsqu'elle est fortement déchargée.

(Tesla Powerwall - une batterie de panneaux solaires de 7 kW - et recharge à domicile pour les véhicules électriques)

L'onduleur de réseau pour panneaux solaires est l'élément de conception le plus important. Il convertit l'énergie reçue des rayons du soleil en courant alternatif de différentes capacités.En tant que convertisseur synchrone, il combine la tension de sortie du courant électrique en fréquence et en phase avec un réseau stationnaire.

Les photocellules peuvent être connectées aussi bien en série qu'en parallèle. Cette dernière option augmente les paramètres de puissance, de tension et de courant et permet à l'appareil de fonctionner même si un élément perd sa fonctionnalité. Des modèles combinés sont créés en utilisant les deux schémas. La durée de vie des plaques est d'environ 25 ans.

Choisir des panneaux solaires pour une maison privée

Avant d'acheter des panneaux solaires pour une maison particulière, renseignez-vous :

• Consommation quotidienne d'électricité dans la chambre;
• Un endroit pour installer des panneaux (dirigés vers le sud, alors qu'il ne doit y avoir aucune ombre sur eux et que l'angle d'inclinaison approprié doit être défini);
• Les batteries sont placées dans une pièce chaude à cette température jusqu'à 25 degrés Celsius;
• Prendre en compte les pointes de charge des appareils électriques ;
• Utilisation saisonnière ou permanente du système.

Pour les régions à forte activité lumineuse, les batteries monocristallines sont les mieux adaptées. Pour une résidence d'été ou une parcelle personnelle, si une utilisation saisonnière est prévue, les modèles polycristallins micromorphes sont les mieux adaptés. Ils sont relativement peu coûteux, ils perçoivent bien la lumière diffuse, latérale et fonctionnent en biais par temps nuageux.

Exemple de calcul

La zone suburbaine consomme 3 à 6 kWh d'énergie électrique, mais ce chiffre peut être plus élevé lors de l'utilisation d'un grand nombre d'appareils électriques ou d'un éclairage supplémentaire à la maison. Un chalet à trois étages consomme de 20 à 50 kWh et même plus. Sur la base des informations fournies, nous effectuerons un calcul.

L'intensité énergétique du chalet est de 7 kW (y compris les pertes). Si la maison est située dans le sud, où il y a suffisamment de soleil pour l'approvisionnement en énergie, environ 20 batteries seront nécessaires. La puissance de travail d'un panneau est de 400 watts. Cette quantité est suffisante pour fournir de l'énergie à une zone suburbaine où vit en permanence une famille de 4 à 6 personnes.

Installation

Lors de l'achat de produits d'une entreprise particulière, vous obtenez des schémas de câblage et des instructions détaillés, et vous pouvez installer des alimentations sans interruption et des panneaux solaires de vos propres mains. Mais si vous ne souhaitez pas vous occuper de l'installation et de la configuration des systèmes ou si vous ne l'avez jamais fait auparavant, confiez ce travail à des professionnels.

Des spécialistes se rendent sur le site et effectuent l'installation et la mise en service de l'équipement en peu de temps. En moyenne, l'installation d'une centrale solaire prend de un à quatre jours, selon la complexité du système, et une alimentation sans coupure est installée en un à deux jours.

L'installation des modules solaires se déroule selon un schéma pré-approuvé, et tous les composants du système ; les batteries, les contrôleurs de charge et les convertisseurs sont installés dans un endroit pratique et accessible pour vous. La centrale électrique est facile à entretenir. Les panneaux solaires ont une surface lisse en verre spécial, qui ne permet pas l'accumulation de neige et de poussière. Les batteries utilisées pour les systèmes solaires ne nécessitent aucun entretien et ont une durée de vie allant jusqu'à 10 ans.

Des astuces

Les experts donnent plusieurs recommandations sur la manière de poser et de connecter correctement les panneaux solaires.

Le plus souvent, les produits utilisant des sources d'énergie alternatives sont montés sur le toit ou sur les murs de la construction de logements, moins souvent ils utilisent des supports spéciaux fiables.

Dans tous les cas, toute panne de courant doit être complètement exclue, c'est-à-dire que les batteries doivent être orientées de manière à ne pas tomber à l'ombre des grands arbres et des bâtiments voisins.
L'installation d'un ensemble de plaques s'effectue en rangées, leur disposition est parallèle, à cet égard, il est extrêmement important de s'assurer que les rangées supérieures ne jettent pas d'ombre sur celles du dessous. Cette exigence est très importante, car un ombrage complet ou partiel provoque une réduction et même un arrêt complet de toute production d'énergie, de plus, l'effet de la formation de "courants inverses" peut se produire, ce qui provoque souvent des pannes d'équipement.

Une bonne orientation vers la lumière du soleil est essentielle à l'efficacité et à l'efficacité des panneaux.

Il est très important que la surface reçoive tous les rayons UV possibles. L'orientation correcte est calculée sur la base de données sur l'emplacement géographique du bâtiment

Par exemple, si les panneaux sont montés sur le côté nord du bâtiment, alors les panneaux doivent être orientés vers le sud.
L'angle d'inclinaison global de la structure est tout aussi important, il est également déterminé par l'orientation géographique de la structure.Les experts ont calculé que cet indicateur devrait correspondre à la latitude de l'emplacement de la maison, et puisque le soleil, selon la période de l'année, change plusieurs fois de position au-dessus de l'horizon, il est logique d'envisager d'ajuster l'angle d'installation final du piles. Habituellement, la correction ne dépasse pas 12 degrés.

• Les batteries doivent être posées de manière à leur permettre un accès libre, car pendant l'hiver froid, il sera nécessaire de les nettoyer périodiquement de la neige attaquante et pendant la saison chaude - des taches de pluie, qui réduisent considérablement l'efficacité d'utiliser des piles.
• À ce jour, il existe de nombreux modèles chinois et européens de panneaux solaires en vente, qui diffèrent par leur coût, afin que chacun puisse installer le modèle optimal pour son budget.

En conclusion, il convient de noter que notre planète bénéficiera le plus de l'utilisation de panneaux solaires, car cette source d'énergie ne cause absolument aucun dommage à l'environnement. Si vous, en tant que consommateur, vous souciez de l'avenir de notre Terre, du potentiel de ses ressources terrestres et de la conservation des ressources naturelles, alors les panneaux solaires sont le meilleur choix.

Comment installer une batterie solaire sur le toit de la maison, voir la vidéo suivante.

Conclusion sur le sujet

Une approche professionnelle de l'installation d'une centrale solaire vous permettra de prendre en compte tous les facteurs, nuances et d'éviter les erreurs gênantes.

Règles générales d'installation des panneaux solaires

Lors de l'installation de panneaux solaires, il est nécessaire de prendre en compte 5 facteurs, dont la combinaison détermine finalement le lieu et la méthode d'installation:

1. Dissipation de la chaleur
2. Ombre
3. Orientation
4. Inclinaison
5. Disponibilité pour le service

Comme mentionné ci-dessus, la dissipation thermique joue un rôle important dans le maintien des performances des batteries. Il est impératif de laisser un espace de ventilation entre le panneau et le plan d'installation, et plus il est grand, mieux c'est. Habituellement, lors du montage d'un cadre ou d'un cadre pour le montage de modules entre le panneau et le plan, il reste 5 à 10 centimètres. Une ventilation maximale est assurée lorsqu'il est monté sur un cadre ou une tige séparé.

Toute ombre tombant sur la batterie depuis des arbres ou des bâtiments "éteint" la cellule ombragée, ce qui accélère la dégradation des modules monocristallins coûteux et arrête complètement la production d'électricité dans les modules polycristallins. Les fabricants proposent différents moyens pour minimiser le risque de « point chaud » dû à une interruption du circuit électrique, ce qui doit être pris en compte lors de l'achat. Mais il est préférable d'installer la batterie de manière à ce que l'ombre "dure" ne puisse en aucun cas tomber dessus. Une ombre "douce" due au brouillard, aux nuages ​​ou au smog n'endommage pas la batterie, elle réduit simplement la puissance de sortie.

Vous devez orienter la batterie vers le sud - l'insolation sera donc maximale. Toutes les autres méthodes d'installation sont des compromis, et il vaut mieux ne pas les considérer. Il serait déraisonnable de dépenser des dizaines de milliers de roubles pour l'achat de modules, mais il serait déraisonnable de ne pas orienter la batterie vers le soleil. Des cartes d'insolation pour diverses régions de la Fédération de Russie sont publiées sur Internet et sont accessibles au public. La bande centrale de la Russie est principalement située dans la 2ème zone d'insolation, où de 1 m². Les mètres d'un module solaire idéal correctement installé peuvent produire jusqu'à 3 kWh/jour.

La disponibilité d'une batterie pour un nettoyage rapide de la surface vous permet d'effectuer cette opération simple sans l'intervention de spécialistes.En hiver, la surface doit être débarrassée de la neige, en été - de la poussière et de la saleté causées par le vent et la pluie. S'il y a un objet en construction à proximité, la surface des modules devra être nettoyée quotidiennement. La façon la plus simple de le faire est d'utiliser un jet d'eau à partir d'un tuyau ou de n'importe quelle brosse de nettoyage de vitres.

Comment atteindre une efficacité maximale

Lors de l'achat de panneaux solaires pour votre maison, il est très important de choisir une conception capable de fournir à votre maison une puissance suffisante. On pense que l'efficacité des panneaux solaires par temps nuageux est d'environ 40 W par mètre carré par heure.

En effet, par temps nuageux, la puissance lumineuse au niveau du sol est d'environ 200 watts par mètre carré, mais 40% de la lumière solaire est un rayonnement infrarouge, auquel les panneaux solaires ne sont pas sensibles. Il convient également de noter que l'efficacité de la batterie dépasse rarement 25%.

Parfois, l'énergie de la lumière solaire intense peut atteindre 500 W par mètre carré, mais les calculs doivent prendre en compte les chiffres minimaux, ce qui rendra le système d'alimentation autonome ininterrompu.

Chaque jour, le soleil brille en moyenne 9 heures, si l'on prend la moyenne annuelle. En une journée, un mètre carré de la surface du convertisseur est capable de générer 1 kilowatt d'électricité. Si environ 20 kilowatts d'électricité sont consommés par jour par les habitants de la maison, la surface minimale des panneaux solaires doit être d'environ 40 mètres carrés.

Cependant, un tel indicateur de la consommation d'électricité dans la pratique est rare. En règle générale, les locataires utiliseront jusqu'à 10 kW par jour.

Si nous parlons de savoir si les panneaux solaires fonctionnent en hiver, il convient de rappeler qu'à cette période de l'année, la durée de la journée est considérablement réduite, mais si vous fournissez au système des batteries puissantes, l'énergie reçue par jour doit être suffisante compte tenu de la présence d'une batterie de secours.

Lors du choix d'une batterie solaire, il est très important de faire attention à la capacité des batteries. Si vous avez besoin de panneaux solaires qui fonctionnent la nuit, la capacité de la batterie de secours joue un rôle clé. De plus, l'appareil doit être résistant aux recharges fréquentes.

De plus, l'appareil doit être résistant aux recharges fréquentes.

Malgré le fait que le coût d'installation des panneaux solaires puisse dépasser 1 million de roubles, les coûts seront amortis en quelques années, car l'énergie solaire est absolument gratuite.

Comment fonctionne une batterie solaire

Tous les êtres vivants sur terre sont nés grâce à l'énergie du soleil. Chaque seconde, une énorme quantité d'énergie arrive à la surface de la planète sous forme de rayonnement solaire. Alors que nous brûlons des milliers de tonnes de charbon et de produits pétroliers pour chauffer nos maisons, les pays plus proches de l'équateur languissent dans la chaleur. Utiliser l'énergie du soleil pour les besoins humains est une tâche louable pour les esprits curieux. Dans cet article, nous examinerons la conception d'un convertisseur direct de la lumière solaire en énergie électrique - une cellule solaire.

La tranche mince est constituée de deux couches de silicium aux propriétés physiques différentes. La couche interne est en silicium monocristallin pur avec conductivité des trous. A l'extérieur, il est recouvert d'une très fine couche de silicium "contaminé", par exemple, avec un mélange de phosphore. Un contact métallique solide est appliqué à l'arrière de la plaque.À la limite des couches n et p, à la suite du débordement de charges, des zones appauvries se forment avec une charge volumique positive non compensée dans le n-charge négative de couche et de volume dans la couche p. Ces zones forment ensemble une jonction p-n.

La barrière de potentiel qui se forme à la jonction empêche le passage des porteurs de charge majoritaires, c'est-à-dire électrons du côté de la couche p, mais laissent passer librement les porteurs mineurs dans des directions opposées. Cette propriété des jonctions p-n détermine la possibilité d'obtenir une photo-emf lors de l'irradiation des cellules solaires avec la lumière du soleil. Lorsque le SC est illuminé, les photons absorbés génèrent des paires électron-trou hors d'équilibre. Les électrons générés dans la couche p près de la jonction p-n s'approchent de la jonction p-n et sont transportés vers la région n par le champ électrique qui y existe.

De même, les trous en excès créés dans la couche n sont partiellement transférés à la couche p. En conséquence, la couche n acquiert une charge négative supplémentaire et la couche p en acquiert une charge positive. La différence de potentiel de contact initiale entre les couches p et n du semi-conducteur diminue et une tension apparaît dans le circuit externe. Le pôle négatif de la source de courant correspond à la couche n et la couche p au positif.

La plupart des cellules solaires modernes ont une seule jonction p-n. Dans un tel élément, les porteurs de charge libres ne sont créés que par les photons dont l'énergie est supérieure ou égale à la bande interdite. En d'autres termes, la réponse photoélectrique d'une seule cellule à jonction est limitée à la partie du spectre solaire dont l'énergie est supérieure à la bande interdite, et les photons de moindre énergie ne sont pas utilisés. Cette limitation peut être surmontée par des structures multicouches de deux SC ou plus avec des bandes interdites différentes.De tels éléments sont appelés multi-jonctions, cascade ou tandem. Puisqu'ils fonctionnent avec une plus grande partie du spectre solaire, ils ont une efficacité de conversion photovoltaïque plus élevée. Dans une cellule solaire multi-jonction typique, les cellules photovoltaïques individuelles sont disposées les unes derrière les autres de telle sorte que la lumière du soleil frappe la cellule avec la plus grande bande interdite en premier, tandis que les photons avec la plus haute énergie sont absorbés.

Les batteries ne fonctionnent pas à partir de la lumière du soleil, mais à partir de la lumière du soleil en principe. Le rayonnement électromagnétique atteint la terre à tout moment de l'année. Juste par temps nuageux, moins d'énergie est produite. Par exemple, nous avons installé des luminaires solaires autonomes. Bien sûr, il y a de courtes périodes pendant lesquelles les batteries n'ont pas le temps de se recharger complètement. Mais en général, cela n'arrive pas si souvent pendant l'hiver.

Fait intéressant, même si la neige tombe sur le panneau solaire, il continue de convertir l'énergie solaire. Et du fait que les photocellules chauffent, la neige elle-même dégèle. Le principe est le même que pour chauffer la vitre d'une voiture.

Temps d'hiver parfait pour une journée sans nuages ​​et glaciale de la batterie solaire. Parfois, ces jours-là, même des enregistrements de génération peuvent être organisés.

En hiver, l'efficacité du panneau solaire diminue. À Moscou et dans la région de Moscou, elle produit en moyenne 8 fois moins d'électricité par mois. Disons qu'en été pour le fonctionnement d'un réfrigérateur, d'un ordinateur et d'un plafonnier à la maison, il faut 1 kW d'énergie, alors en hiver il vaut mieux s'approvisionner en 2 kW pour la fiabilité.

Dans le même temps, en Extrême-Orient, la durée d'ensoleillement est plus longue, l'efficacité n'est réduite que d'une fois et demie à deux fois. Et, bien sûr, plus on est au sud, plus la différence entre l'hiver et l'été est petite.

L'angle d'inclinaison des modules est également important. Vous pouvez définir l'angle universel pour toute l'année. Et vous pouvez changer à chaque fois, selon la saison. Cela n'est pas fait par les propriétaires de la maison, mais par des spécialistes qui se rendent sur place.

Possibilités de connexion solaire

Les panneaux solaires sont composés de plusieurs panneaux individuels. Pour augmenter les paramètres de sortie du système sous forme de puissance, de tension et de courant, les éléments sont connectés les uns aux autres, en appliquant les lois de la physique.

La connexion de plusieurs panneaux entre eux peut être réalisée à l'aide de l'un des trois schémas de montage des panneaux solaires :

• parallèle;
• cohérent;
• mixte.

Le circuit parallèle consiste à connecter des bornes du même nom les unes aux autres, dans lesquelles les éléments ont deux nœuds communs de convergence des conducteurs et leur ramification.

Avec un circuit parallèle, les plus sont connectés aux plus et les moins aux moins, à la suite de quoi le courant de sortie augmente et la tension de sortie reste à moins de 12 volts

La valeur du courant de sortie maximal possible dans un circuit parallèle est directement proportionnelle au nombre d'éléments connectés. Les principes de calcul de la quantité sont donnés dans l'article que nous recommandons.

Le circuit série implique la connexion de pôles opposés : le "plus" du premier panneau au "moins" du second. Le "plus" inutilisé restant du deuxième panneau et le "moins" de la première batterie sont connectés au contrôleur situé plus loin le long du circuit.

Ce type de connexion crée des conditions pour la circulation du courant électrique, dans lesquelles il n'y a qu'une seule façon de transférer le vecteur énergétique de la source au consommateur.

Avec une connexion série, la tension de sortie augmente et atteint 24 volts, ce qui est suffisant pour alimenter des équipements portables, des lampes LED et certains récepteurs électriques

Un circuit série-parallèle ou mixte est le plus souvent utilisé lorsqu'il est nécessaire de connecter plusieurs groupes de batteries. En appliquant ce circuit, la tension et le courant peuvent être augmentés à la sortie.

Avec un schéma de connexion série-parallèle, la tension de sortie atteint une marque dont les caractéristiques sont les plus appropriées pour résoudre l'essentiel des tâches ménagères

Cette option est également intéressante dans le sens où en cas de défaillance d'un des éléments structuraux du système, les autres chaînes de liaison continuent à fonctionner. Cela augmente considérablement la fiabilité de l'ensemble du système.

Galerie d'images

Photo de

Connexion des cellules solaires

Nombre de panneaux en fonction des besoins

Connexion en série d'appareils solaires

Connexion directe aux luminaires

Le principe d'assemblage d'un circuit combiné repose sur le fait que les appareils de chaque groupe sont connectés en parallèle. Et la connexion de tous les groupes dans un circuit est effectuée séquentiellement.

En combinant différents types de connexions, il ne sera pas difficile d'assembler une batterie avec les paramètres nécessaires.L'essentiel est que le nombre de cellules connectées soit tel que la tension de fonctionnement fournie aux batteries, compte tenu de sa chute dans le circuit de charge, dépasse la tension des batteries elles-mêmes et le courant de charge de la batterie en même temps le temps fournit la quantité requise de courant de charge.