Cómo funcionan los paneles solares

El diseño de una batería solar y el principio de su funcionamiento depende de los materiales y la tecnología de la que está hecha. Por lo tanto, debe comprender las características de las opciones principales para comprender cuáles son sus diferencias y elegir la solución adecuada para su uso. Todos los datos son relevantes para productos de alta calidad, es posible que las baterías baratas no cumplan con los parámetros declarados, ya que a menudo se fabrican con violaciones de la tecnología.

Diseño estándar de paneles solares rígidos.

Terminología

Los principales términos utilizados en esta área:

1. La energía solar es la electricidad que se obtiene del sol al utilizar paneles.
2. Insolación solar: muestra la cantidad de luz solar que cae sobre un metro cuadrado de una superficie ubicada perpendicularmente a los rayos.
3. Las células fotovoltaicas son módulos capaces de convertir la luz solar en energía eléctrica. Suelen producir de 1 a 2 watts de energía, pero también hay opciones más productivas.
4. Un sistema fotovoltaico es un conjunto de equipos que convierten la luz solar en electricidad.
5. Los paneles solares o paneles son un grupo de células fotovoltaicas agrupadas en un gran módulo y conectadas de manera serie o serie-paralelo. Por lo general, una batería incluye de 36 a 40 segmentos.
6. Una matriz es una serie de paneles solares conectados para proporcionar la cantidad deseada de corriente.
7. Módulos de marco: estructuras en un marco de aluminio, duradero y sellado.
8. Los elementos sin marco son opciones flexibles, se utilizan en condiciones de cargas más bajas.
9. El kilovatio-hora (kW) es una medida estándar de energía eléctrica.
10. Eficiencia (eficiencia) - paneles solares. Muestra cuánta energía solar que llega a la superficie se convierte en electricidad. Por lo general, el indicador es 15-24%.
11. La degradación es una disminución en la capacidad de los paneles solares que ocurre debido a causas naturales. Se mide como un porcentaje de los indicadores originales.
12. Las cargas máximas son momentos en los que se necesita la mayor cantidad de electricidad.
13. El silicio cristalino es la materia prima para la fabricación de paneles solares. La opción más común y duradera para hoy.
14. El silicio amorfo es una composición depositada en la superficie por evaporación y cubierta con una composición protectora.
15. Los semiconductores son sustancias que pueden conducir corriente bajo ciertas condiciones. Esto incluye la mayoría de los nuevos materiales utilizados en la fabricación de paneles solares.
16. Un inversor es un dispositivo para convertir corriente continua en corriente alterna.
17. Controlador: regula el voltaje de salida de los módulos solares para cargar correctamente las baterías.

Mapa de insolación en el territorio de Rusia.

Estos son solo los términos más comunes, hay opciones adicionales. Pero incluso conocer los conceptos básicos te ayudará a comprender mucho mejor el tema.

Categorías de calidad

Para evaluar la calidad de un panel solar, primero es necesario averiguar la clase de materias primas utilizadas para la producción de células fotovoltaicas. La eficiencia y la vida útil de los productos terminados dependen de esto. 4 clases principales:

1. Grado A - la mejor opción, en la que no hay daños ni grietas. La uniformidad del relleno y la lisura de la superficie garantizan un alto rendimiento, a menudo incluso superior al indicado en la documentación. Además, esta opción tiene la tasa de degradación más baja y conserva un buen rendimiento durante mucho tiempo.
2. Grado B ligeramente peor en calidad, puede haber defectos en la superficie. Pero al mismo tiempo, la mayoría de las veces, el uso permite obtener productos comparables en eficiencia a la clase A. Los indicadores de degradación son un orden de magnitud peor, por lo tanto, pierden sus características originales más rápido.
3. Grado C - una opción en la que puede haber defectos bastante graves, desde grietas hasta astillas y otros daños. Por un precio, estos módulos son mucho más baratos, pero su eficiencia no supera el 15%. Una solución económica que es adecuada para cargas pequeñas.
4. Grado D - en esencia, estos son los residuos que quedan después de la fabricación de células fotovoltaicas, que no deben utilizarse para fabricar baterías. Pero muchos fabricantes no muy honestos, especialmente de Asia, los usan en la producción. El rendimiento de esta opción es extremadamente bajo.

Es mejor elegir la primera opción, en casos extremos, la segunda también es adecuada.Solo ellos pueden proporcionar una eficiencia normal y servirán durante mucho tiempo.

La película protectora de los paneles solares también debe ser de alta calidad.

El material de laminación EVA es una película especial que se encuentra en la parte frontal y se puede utilizar en el lado equivocado. El objetivo principal es proteger los elementos de trabajo de los efectos adversos sin interferir con la luz solar. Las opciones de alta calidad duran aproximadamente 25 años, las de baja calidad, de 5 a 10. Es imposible determinar la variedad a simple vista, por lo que es más fácil proceder del precio; para las buenas opciones, no será bajo.

En el video, por ejemplo, entienden claramente cómo surge una corriente eléctrica bajo la influencia de la luz solar.

Principio de funcionamiento

Es bastante difícil explicar las características de la batería solar, pero puede comprender los puntos generales:

1. Cuando la luz del sol incide en las fotocélulas, comienza allí la formación de pares electrón-hueco que no están en equilibrio.
2. Debido al exceso de electrones, comienzan a moverse hacia la capa inferior del semiconductor.
3. Se aplica voltaje al circuito externo. Aparece un polo positivo en el contacto de la capa p y aparece un polo negativo en el contacto de la capa n.
4. Si se conecta una batería a las fotocélulas, se obtiene un círculo vicioso y los electrones en constante movimiento proporcionan una carga gradual de la batería.
5. Los módulos de silicio convencionales son celdas de unión única que solo pueden generar energía a partir de un cierto espectro de luz solar. Es por esto que la eficiencia del equipo es baja.
6. Para resolver el problema, los fabricantes han desarrollado opciones en cascada, pueden tomar energía de diferentes rayos del espectro solar.Esto aumenta la eficiencia, pero debido al alto costo de producción, el precio de dichos paneles es mucho más alto.
7. La energía que no se convierte en electricidad se convierte en calor, por lo que los paneles solares se calientan hasta 55 grados durante el funcionamiento y las baterías de semiconductores hasta 180. Además, a medida que la batería solar se calienta, la eficiencia de la batería solar disminuye.

El esquema más simple de la batería solar.

¡De paso! Los paneles solares son más eficientes en los días claros de invierno, cuando hay suficiente luz y la temperatura baja refresca la superficie.

De qué están hechos

Para estudiar el dispositivo de una batería solar, debe comprender las principales variedades, ya que la tecnología de producción tiene diferencias significativas según las materias primas utilizadas:

1. Baterías CdTe. El telururo de cadmio se utiliza en la fabricación de módulos de película. Una capa de varios cientos de micrómetros es suficiente para obtener una eficiencia del orden del 11% o un poco más. Esta es una cifra francamente baja, pero en términos de 1 vatio de potencia, el costo de la electricidad es al menos un 30 % más económico que las opciones tradicionales de silicio. A pesar de que esta variedad es mucho más delgada y ligera.
2. tipo CIGS. La abreviatura significa que la composición incluye cobre, indio, galio y selenio. Resulta un semiconductor, que también se aplica en una capa pequeña, pero a diferencia de la primera opción, la eficiencia aquí es un orden de magnitud mayor y asciende al 15%.
3. Tipos GaAs e InP se distingue la posibilidad de aplicar una fina capa de 5-6 micras, mientras que la eficacia será de un 20%. Esta es una nueva palabra en tecnologías para extraer electricidad de la luz solar.Debido a las altas temperaturas de funcionamiento, las baterías pueden calentarse mucho sin pérdida de rendimiento. Pero debido al hecho de que se utilizan materiales de tierras raras en la producción, el costo de este tipo es alto.
4. Baterías de puntos cuánticos (QDSC). Utilizan puntos cuánticos como material absorbente para convertir la energía solar en lugar de los materiales a granel tradicionales. Debido a las características del ajuste de la brecha de banda, es posible fabricar módulos de unión múltiple que absorban la energía solar de manera más eficiente.
5. silicio amorfo se aplica por evaporación y tiene una estructura heterogénea. No tiene una alta eficiencia, pero una superficie homogénea absorbe muy bien incluso la luz dispersa.
6. policristalino las variantes se fabrican fundiendo silicio y enfriándolo bajo ciertas condiciones para producir cristales unidireccionales. Una de las soluciones más comunes debido al bajo costo de producción y buenos indicadores de eficiencia.
7. Monocristalino Los elementos consisten en cristales sólidos cortados en láminas delgadas y dopados con fósforo. La solución más duradera con bajas tasas de degradación y una vida útil de al menos 30 años, pero con mayor frecuencia de 10 a 15 años más.

Las baterías hechas de telururo de cadmio son unas de las más rentables en términos de costo por kilovatio de electricidad.

¡De paso! La efectividad de una u otra opción depende de la tecnología de producción, por lo que debe aclararse.

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Pros y contras de los paneles solares

Cada tipo tiene sus propias características que deben tenerse en cuenta a la hora de elegir para decidir qué tipo es el más adecuado:

1. Los paneles monocristalinos tienen la mayor eficiencia y gracias a esto se ahorra el área para la colocación de los módulos. Duran al menos 25 años y pierden potencia lentamente. Al mismo tiempo, la superficie es muy sensible a la suciedad, debe lavarse con frecuencia. Y el precio es el más alto de todas las opciones basadas en silicio.
2. Las opciones policristalinas no absorben los rayos del sol tan eficientemente, pero funcionan mejor con luz difusa. En relación calidad-precio son más rentables, pero ocupan más espacio por su menor eficiencia.
3. Las baterías de silicio amorfo se pueden colocar en cualquier lugar, incluso en las paredes de los edificios, ya que absorben bien la luz dispersa. Con una eficiencia baja, tienen un precio bajo, por lo que pueden usarse como una opción económica. Al mismo tiempo, sirven durante mucho tiempo y no temen tanto la contaminación de la superficie.
4. Las opciones de tierras raras tienen ventajas y desventajas similares, por lo que puede considerarlas juntas. En términos de eficiencia, son superiores a los paneles clásicos, se pueden aplicar a la película, lo cual es conveniente. Tienen un rango de temperatura más amplio, por lo que el calentamiento no afecta la eficiencia del trabajo. Pero debido al alto precio y la rareza de los metales, estas opciones no se usan mucho.

La opción de montaje en pared simplifica el trabajo de instalación.

donde se usan

Todas las opciones consideradas pueden instalarse en el sector privado para recibir electricidad del sol y ahorrar recursos energéticos o incluso lograr una autonomía completa. En cuanto al uso, debe tener en cuenta algunas recomendaciones simples:

1. Las opciones monocristalinas y policristalinas se colocan mejor en el techo o en el suelo, habiendo construido previamente el marco en el ángulo deseado.Es conveniente que se regule el ángulo de inclinación, para que pueda adaptarse al sol.
2. Los módulos de película se pueden colocar en cualquier lugar, tanto en paredes como en tejados. Funcionan bien incluso si los rayos no inciden en la superficie en ángulo recto, lo cual es muy importante.
3. A escala industrial, las baterías de película también se prefieren por ser más baratas y fáciles de instalar.

Las opciones de película son más fáciles de instalar con grandes cantidades de trabajo.

Existen varias variedades de celdas solares, pero cerca del 90% del mercado lo ocupan los modelos tradicionales de silicio debido a su bajo precio y buen desempeño. Puede elegir una de las soluciones de semiconductores, pero luego tendrá que gastar entre una y media y dos veces más dinero.