Наша сеть партнеров Banwar
Опубліковано 19 березня 2014
Розуміння принципів роботи сонячних панелей вкрай важливо при проектуванні і експлуатації електростанцій. У цій статті ми викладемо деякі фізичні основи роботи сонячних осередків, а також особливості конструкції сонячних батарей.
Пристрій сонячної батареї
Розглянемо пристрій сонячної батареї . Фотоелектрична осередок є напівпровідникової гетероструктур, що має один pn перехід, який виникає на межі поділу двох напівпровідникових пластин p і n типу, відповідно, з «доречний» і електронної провідністю. На передню і задню поверхню осередки нанесені електричні контакти. При падінні світла на сонячний елемент фотони «вибивають» електрони з кристалічної решітки, утворюючи таким чином електронно дірковий пару. Далі носії заряду вільно рухаються під дією електричного поля pn переходу. Таким чином, на обкладинках сонячної комірки з'являється електро-рушійна сила (ЕРС).
Найпростіша еквівалентна схема фотоелектричної осередку виглядає наступним чином:
Рис.1 Еквівалентна схема сонячної комірки.
Тут Rп - послідовний опір сонячного елемента, Rш - шунтового опір сонячного елемента.
Потужність всієї сонячної батареї складається з потужності входять в неї сонячних елементів, які можуть бути з'єднані послідовно або паралельно. Введемо позначення: I - максимальний струм окремого елемента, U - напруга окремого елемента, nпс - число послідовно з'єднаних елементів, Nпр - число паралельно з'єднаних елементів, Іб - максимальний струм сонячної батареї, Uб - напруга сонячної батареї.
При послідовному з'єднанні сонячних осередків маємо: Uб = U * nпс, Іб = I.
Рис.2 Послідовне з'єднання сонячних елементів.
При паралельному з'єднанні: Uб = U, Іб = I * Nпр
Рис.3 Паралельне з'єднання сонячних елементів.
Керуючись даним принципом можна розрахувати максимальний струм і напруга для будь-якої системи сонячних елементів
Наведемо приклад. Осередки з'єднані в три каскаду по 2 штуки, як показано на Рис.4
Рис.4 Схема з'єднання сонячних осередків в три каскаду.
Для даної системи маємо: Uб = 2U, Іб = 3I.
Роль діодів в схемі сонячної панелі
Як правило, в сонячної батареї все елементи з'єднані послідовно, внаслідок чого виникає так звана проблема «темної плями». Розглянемо сонячні панелі , Що складаються з великого числа елементів, з'єднаних послідовно. До батареї підключена навантаження Rн. (Рис. 5)
Мал. 5 Схема сонячної панелі з великого числа елементів і під навантаженням
Припустимо, один з сонячних елементів затінений. Опір затіненій осередку набагато більше опору навантаження, отже, на ній виділиться майже вся енергія сонячної батареї, внаслідок чого осередок може перегрітися і вийти з ладу.
Для боротьби з таким явищем паралельно кожному осередку потрібно включити шунтирующий діод Rш, як показано на Рис. 6.
Мал. 6 Схема сонячної батареї з шунтирующими діодами.
В результаті, коли сонячний елемент висвітлений, шунтирующий діод знаходиться під прямим напругою зміщення самого сонячного елемента і струм не пропускає. Коли елемент затінений, тобто його напруга менше падіння напруги на ньому при протіканні струму, створюваного іншими осередками в ланцюзі, шунтирующий діод «відкритий» зворотною напругою зміщення.
У реальному житті діодами шунтируется не кожен сонячний елемент (це занадто складно і дорого), а групи елементів в сонячній батареї. Наприклад, батарея з 72 осередків 125 * 125мм, зазвичай має в своєму складі три шунтуючих діода.
В рамках даної статті, ми торкнулися основні фізичні принципи роботи сонячних фотоелектричних систем. Більш докладно тема викладена в монографії Г. Раушенбах. Довідник з проектування сонячних батарей: пров. з англ. - М .: Вища школа, 1983.
Е.А. Коблучко
Вам також можуть бути цікаві інші статті ..
Пристрій сонячної батареї Що таке мобільні сонячні системи? Особливості та види сонячних електростанцій Повернутися до списку статей ...