太陽能電池的工作原理
該設備旨在將太陽光線直接轉化為電能。這種作用稱為光電效應。用於製造元素的半導體（矽晶片）具有帶正電和帶負電的電子，由兩層組成，n 層 (-) 和 p 層 (+)。在陽光的影響下，多餘的電子會從這些層中被擊出，並佔據另一層的空位。這會導致自由電子不斷移動，從一個板移動到另一個板，從而產生存儲在電池中的電能。
太陽能電池的工作原理很大程度上取決於其設計。太陽能電池最初是由矽製成的。它們仍然很受歡迎，但由於矽純化過程相當費力且成本高昂，因此正在開發具有鎘、銅、鎵和銦化合物的替代光電池的模型，但它們的生產率較低。
太陽能電池板的效率隨著技術的發展而提高。今天，這個數字已經從本世紀初的百分之一增加到百分之二十以上。這使我們今天不僅可以將面板用於國內需求，還可以用於生產。
規格
太陽能電池裝置非常簡單，由幾個組件組成：
直接太陽能電池/太陽能電池板；
將直流電轉換為交流電的逆變器；
電池電量控制器。
購買太陽能電池板的電池應根據所需的功能。他們儲存和分配電力。存儲和消耗全天進行，晚上只消耗累積的費用。因此，存在持續不斷的能量供應。
過度充放電會縮短電池的使用壽命。太陽能電池充電控制器在達到其最大參數時自動暫停電池中的能量積累，並在嚴重放電時關閉設備的負載。
（Tesla Powerwall - 一個 7 kW 太陽能電池板電池 - 以及電動汽車的家庭充電）
太陽能電池板的並網逆變器是最重要的設計元素。它將從太陽光線接收到的能量轉換成各種容量的交流電。作為同步轉換器，它將電流的輸出電壓在頻率和相位上與固定網絡相結合。
光電管既可以串聯也可以並聯。後一種選擇增加了功率、電壓和電流參數，並允許設備在一個元件失去功能的情況下工作。使用這兩種方案製作組合模型。板材的使用壽命約為 25 年。
為私人住宅選擇太陽能電池板
在為私人住宅購買太陽能電池板之前，請先了解：
- 房間內日常用電量；
- 安裝板的地方（朝南，不要有陰影，並設置適當的傾斜角度）；
- 電池放置在溫度高達 25 攝氏度的溫暖房間中；
- 考慮電器的峰值負載；
- 系統的季節性或永久使用。
對於光活性高的地區，單晶電池最適合。對於夏季住宅或個人地塊，如果計劃季節性使用，微晶多晶模型最適合。它們相對便宜，可以很好地感知漫射側光，並且在多雲天氣中以一定角度工作。
計算示例
郊區消耗3-6千瓦時的電能，但在家裡使用大量電器或額外照明時，這個數字可能會更高。一個三層樓的小屋消耗 20 到 50 千瓦時甚至更多。根據提供的信息，我們將進行計算。
| № | 能源消費者 | 功率，W | 數量 | 工作時間，h | 每天耗電量，千瓦時 |
| 1 | 燈 | 90 | 3 | 3 | 1 |
| 2 | 燈 | 50 | 3 | 3 | 0,56 |
| 3 | 電視 | 150 | 1 | 4 | 0,7 |
| 4 | 泵 | 400 | 1 | 2 | 1 |
| 5 | 冰箱 | 1200 | 1 | 2 | 3 |
| 6 | 筆記本 | 400 | 1 | 2 | 0,8 |
| 7 | 衛星 | 20 | 1 | 4 | 0,9 |
| 全部的： | — | — | — | 7 kW（包括損耗） |
小屋的能源強度為 7 千瓦（包括損耗）。如果房子位於南方，那裡有足夠的陽光來提供能源，那麼大約需要 20 個電池。一塊面板的工作功率為400瓦。這個數量足以為一個 4-6 口之家永久居住的郊區提供能源。
安裝
在購買特定公司的產品時，您會得到詳細的接線圖和說明，並且您可以自己安裝不間斷電源和太陽能電池板。但是，如果您不想處理系統的安裝和配置，或者以前從未這樣做過，那麼請將這項工作委託給專業人員。
專家到現場，在短時間內進行設備的安裝和調試。平均而言，安裝太陽能發電廠需要一到四天，具體取決於系統的複雜性，而不間斷電源則在一到兩天內安裝。
太陽能模塊的安裝按照預先批准的方案以及系統的所有組件進行；電池、充電控制器和轉換器都安裝在您方便拿取的地方。發電廠易於維護。 太陽能電池板表面光滑 由特殊玻璃製成，不會積雪和灰塵。用於太陽能係統的電池免維護，使用壽命長達 10 年。
提示
專家們就如何正確鋪設和連接太陽能電池板提出了一些建議。
大多數情況下，使用替代能源的產品安裝在屋頂或房屋建築的牆壁上，很少使用特殊的可靠支撐。
無論如何，應完全排除任何停電，即電池的方向應使其不會落在高大樹木和鄰近建築物的陰影下。
一組板的安裝是按行進行的，它們的排列是平行的，在這方面，確保較高的行不會在下面的行上投下陰影是非常重要的。這一要求非常重要，因為完全或部分遮光會導致任何能源生產的減少甚至完全停止，此外，還會出現“反向電流”形成的影響，這通常會導致設備故障。
正確朝向陽光對於面板的效率和有效性至關重要。
表面接收所有可能的紫外線非常重要。正確的方向是根據建築物的地理位置數據計算出來的
例如，如果面板安裝在建築物的北側，則面板應朝南。
同樣重要的是結構的整體傾斜角度，它也由結構的地理方位決定。專家計算，該指標應與房屋所在位置的緯度相對應，由於太陽會根據一年中的時間多次改變其在地平線以上的位置，因此考慮調整房屋的最終安裝角度是有意義的電池。通常校正不超過12度。
- 電池的放置方式必須使它們可以自由使用，因為在寒冷的冬季，有必要定期清潔它們以防止積雪，而在溫暖的季節 - 從雨漬中清除，這會大大降低效率使用電池。
- 迄今為止，在售的中國和歐洲太陽能電池板型號很多，成本不同，因此每個人都可以安裝最適合自己預算的型號。
總之，應該指出的是，我們的星球將從使用太陽能電池板中獲得最大的利益，因為這種能源絕對不會對環境造成任何危害。如果您作為消費者關心地球的未來、土地資源的潛力和自然資源的保護，那麼太陽能電池板是最佳選擇。
如何在房子的屋頂上安裝太陽能電池，請看以下視頻。
關於主題的結論
安裝太陽能發電廠的專業方法將使您能夠考慮所有因素、細微差別並避免惱人的錯誤。
安裝太陽能電池板的一般規則
在安裝太陽能電池板時，需要考慮5個因素，這些因素的結合最終決定了安裝的位置和方法：
- 散熱
- 陰影
- 方向
- 傾斜
- 服務可用性
如上所述，散熱對維持電池的性能起著重要作用。面板與安裝平面之間必須留有通風間隙，且通風間隙越大越好。通常，在面板和平面之間安裝框架或用於安裝模塊的框架時，會留下 5-10 厘米。當安裝在單獨的框架或桿上時，可確保最大通風。
任何從樹木或建築物上落在電池上的陰影都會“關閉”被遮蔽的電池，這會加速昂貴的單晶模塊的退化並完全停止多晶模塊的發電。製造商提供了多種方法來最大程度地降低由於電路中斷而導致的“熱點”風險，購買時必須考慮這一點。但最好以“硬”陰影不能以任何方式落在其上的方式安裝電池。霧、雲或煙霧造成的“軟”陰影不會損害電池，它只會降低功率輸出。
您需要將電池朝向南方 - 這樣日照就會最大。所有其他安裝方法都是妥協，最好不要考慮它們。花幾萬盧布購買模塊是不合理的，但電池不朝向太陽是不合理的。俄羅斯聯邦各地區的日照地圖已在互聯網上發布並可公開獲取。俄羅斯的中部地帶主要位於第二日照帶，從 1 平方公里開始。一個正確安裝的理想太陽能模塊的米可以產生高達 3 千瓦時 / 天。
用於快速清潔表面的電池的可用性使您可以在沒有專家參與的情況下執行這種簡單的操作。在冬天，表面必須沒有積雪，在夏天 - 沒有風雨造成的灰塵和污垢。如果附近有正在施工的物體，則必須每天清潔模塊表面。最簡單的方法是使用軟管或任何窗戶清潔刷噴水。
如何實現最大效率
在為您的家庭購買太陽能電池板時，選擇能夠為您的家庭提供充足電力的設計非常重要。據信，多雲天氣下太陽能電池板的效率約為 40 W/1 平方米/小時。
事實上，在多雲的天氣裡，地面的光功率約為每平方米200瓦，但40%的太陽光是紅外輻射，太陽能電池板不易受此影響。同樣值得考慮的是，電池效率很少超過 25%。
有時來自強烈陽光的能量可以達到每平方米 500 W，但計算時應考慮最小數字，這將使自主供電系統不間斷。
如果按年平均計算，每天的平均陽光照射時間為 9 小時。一天之內，一平方米的轉換器表面能夠產生1千瓦的電力。如果房子的居民每天消耗大約20千瓦的電，那麼太陽能電池板的最小面積應該在40平方米左右。
然而，在實踐中這樣的用電量指標是很少見的。通常，租戶每天最多使用 10 kW。
如果我們談論太陽能電池板是否在冬季工作，那麼值得記住的是，在一年中的這個時候，白天的持續時間大大減少，但如果您為系統提供強大的電池，那麼每天接收的能量應該是足夠，考慮到備用電池的存在。
在選擇太陽能電池時，注意電池的容量非常重要。如果您需要在夜間工作的太陽能電池板，那麼備用電池的容量就起著關鍵作用。此外，該設備必須能夠抵抗頻繁充電。
此外，該設備必須能夠抵抗頻繁充電。
儘管安裝太陽能電池板的成本可能超過 100 萬盧布，但成本將在幾年內得到回報，因為太陽能是完全免費的。
太陽能電池是如何工作的
地球上的所有生物都是由於太陽的能量而產生的。每一秒，大量的能量以太陽輻射的形式到達地球表面。雖然我們正在燃燒數千噸煤炭和石油產品來為我們的家園供暖，但靠近赤道的國家卻在高溫中苦苦掙扎。將太陽的能量用於人類的需求對於好奇的頭腦來說是一項有價值的任務。在本文中，我們將考慮將陽光直接轉化為電能的設計——太陽能電池。
薄晶圓由兩層具有不同物理特性的矽組成。內層是具有空穴導電性的純單晶矽。在外面，它覆蓋著一層非常薄的“受污染的”矽，例如磷的混合物。實心金屬觸點應用於板的背面。在 n 層和 p 層的邊界處，由於電荷的溢出，耗盡區在 n 層中形成了一個未補償的正體積電荷。層和體積負電荷 在 p 層。這些區域共同形成一個 p-n 結。
結處出現的勢壘阻止了主要電荷載流子的通過，即來自 p 層一側的電子，但可以沿相反方向自由通過次要載流子。 p-n 結的這種特性決定了在用陽光照射太陽能電池時獲得光電動勢的可能性。當 SC 被照亮時，吸收的光子會產生非平衡的電子-空穴對。在 p-n 結附近的 p 層中產生的電子接近 p-n 結，並通過其中存在的電場被帶到 n 區。
類似地，在 n 層中產生的多餘空穴部分轉移到 p 層。結果，n 層獲得額外的負電荷，而 p 層獲得正電荷。半導體的 p 層和 n 層之間的初始接觸電位差減小，並且在外部電路中出現電壓。電流源的負極對應n層，p層對應正極。
大多數現代太陽能電池具有單個 p-n 結。在這樣的元件中，自由電荷載流子僅由能量大於或等於帶隙的光子產生。也就是說，單結電池的光電響應僅限於太陽光譜中能量高於禁帶寬度的部分，不使用能量較低的光子。這種限制可以通過兩個或多個具有不同帶隙的 SC 的多層結構來克服。這種元件稱為多結、級聯或串聯。由於它們適用於更大部分的太陽光譜，因此它們具有更高的光伏轉換效率。在典型的多結太陽能電池中，單個光電池一個接一個地排列，因此陽光首先照射到帶隙最大的電池上，而能量最高的光子被吸收。
電池不能在陽光下工作，但原則上是在陽光下工作。電磁輻射在一年中的任何時候都會到達地球。只是在多雲的天氣，產生的能量更少。例如，我們安裝了自主太陽能燈。當然，有時電池沒有時間完全充電。但總的來說，這種情況在冬天不會經常發生。
有趣的是，即使雪落在太陽能電池板上，它仍然會繼續轉換太陽能。由於光電管升溫，雪本身就會融化。原理與加熱汽車玻璃相同。
太陽能電池嚴寒無雲的完美冬季天氣。有時在這樣的日子裡，甚至可以安排生成記錄。
在冬天，太陽能電池板的效率會下降。在莫斯科和莫斯科地區，平均每月發電量減少 8 倍。假設夏天在家裡運行冰箱、電腦和頂燈需要 1 kW 的能量，那麼在冬天最好儲備 2 kW 以提高可靠性。
同時，在遠東地區，日照時間較長，效率僅降低一倍半至兩倍。當然，越往南，冬夏之間的差異就越小。
模塊的傾斜角度也很重要。您可以設置全年的通用角度。而且您可以根據季節隨時更改。這不是由房屋的所有者完成的，而是由前往現場的專家完成的。
太陽能連接選項
太陽能電池板由幾個單獨的電池板組成。為了以功率、電壓和電流的形式增加系統的輸出參數，元件相互連接，應用物理定律。
可以使用以下三種太陽能電池板安裝方案之一來將多個電池板相互連接：
- 平行;
- 持續的;
- 混合。
並聯電路涉及將相同名稱的端子相互連接，其中元件具有導體會聚及其分支的兩個公共節點。
在並聯電路中，正極與正極相連，負極與負極相連，因此輸出電流增加，輸出電壓保持在 12 伏以內
並聯電路中最大可能輸出電流的值與連接元件的數量成正比。我們推薦的文章中給出了計算數量的原則。
串聯電路涉及相反極的連接：第一個面板的“正”與第二個面板的“負”。第二個面板剩餘的未使用“正”和第一個電池的“負”連接到位於電路更遠位置的控制器。
這種類型的連接為電流的流動創造了條件，其中只有一種方法可以將能量載體從源頭轉移到消費者。
通過串聯，輸出電壓升高並達到 24 伏，足以為便攜式設備、LED 燈和一些電子接收器供電
當需要連接多組電池時，最常使用串並聯或混合電路。通過應用該電路，可以增加輸出端的電壓和電流。
採用串並聯方案，輸出電壓達標，最適合解決大部分家務的特點
從某種意義上說，這種選擇也是有益的，即在系統的結構元件之一發生故障的情況下，其他連接鏈繼續發揮作用。這顯著提高了整個系統的可靠性。
圖片庫
照片來自
連接太陽能電池
面板數量視需要而定
太陽能設備的串聯
直接連接到照明設備
組裝組合電路的原理是基於每組內的設備並聯連接的事實。並且在一個電路中的所有組的連接是按順序進行的。
通過組合不同類型的連接，組裝具有必要參數的電池並不困難。最主要的是，連接電池的數量應該使得提供給電池的工作電壓，考慮到它在充電電路中的下降，超過電池本身的電壓，同時電池的負載電流時間提供所需的充電電流量。
