太陽電池とモジュール。スキーム、説明

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太陽電池とモジュール。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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太陽光から発電する方法は古くから知られていました。光電効果の現象は、1839 年に E. ベクレルによって初めて観察されました。しかし、この現象は、W. スミスがセレン板に光を照射したときに同様の効果を発見した 1873 年まで注目されませんでした。すでに50世紀に入っています。シリコン太陽電池が発明され、XNUMX年代には高い完成度に達しました。

単結晶シリコンをベースにした太陽電池の最も単純な設計を図 1 に示します。 p層シリコンウェーハの表面から浅い深さに、薄い金属コンタクトを有するpn接合が形成されます。

連続した金属接点がプレートの裏側に適用されます。太陽電池に光が当たると、吸収された光子によって非平衡の電子正孔対が生成されます。 pn接合近くのp層で生成された電子はpn接合に近づき、電界によってn領域に運ばれます。同様に、n 層で生成された過剰な正孔の一部が p 層に転写されます。その結果、n 層はさらに負の電荷を獲得し、p 層は正の電荷を獲得します。

半導体のp層とn層の間の初期接触電位差が減少し、外部回路に電圧が現れます。ソースの負極は n 層に対応し、正極は p 層に対応します。

他の電流源とは異なり、太陽電池の特性は表面に入射する光の量に依存します。たとえば、流入するクラウドにより、電力出力が 50% 以上削減される可能性があります。さらに、太陽電池にはさまざまなパラメータがあるため、出力電流によって分類する必要があります。

素子をロードすると、出力電力対電圧のグラフをプロットできます (図 2)。ピーク電力は 0,47 V の電圧に相当します。

したがって、同じ条件で太陽電池セルを比較するには、出力電圧が 0,47 V になるように太陽電池セルを負荷する必要があります。より高い電圧を得るために選択したセルを直列にはんだ付けするか、より高い電圧を得るために並列にはんだ付けする必要があります。より高い電流。シリアルパラレル接続も使用できます。

重要な点は温度管理です。素子が 25°C より 0,002 度高く加熱されると、3 V 損失します。比較のために、図 25 に 60 °C と 60°C の温度における一連の電流-電圧特性曲線を示します。晴れた日には、要素は 70 ～ 10°C まで加熱されます。これが、太陽電池の効率が低下する主な理由です (通常は 16 ～ 100%)。したがって、100x1 mm の要素は 1,6...XNUMX W を生成できます。

太陽電池を並列に接続し、ストリングを直列に接続したものを太陽電池モジュールと呼びます。公称電圧 12 V のバッテリーの充電に使用する場合、原則として 36 個の太陽電池が必要で、これにより 16 ～ 17 V が得られます。バッテリーのフル充電電圧 (14,4 V) と比較して、このような予備が必要です。充電器の損失を補うため。

すべての太陽光発電システムは、自律型と電気ネットワークに接続された (後者は余剰の電気エネルギーをネットワークに供給する) という XNUMX つのタイプに分類できます。自律システムは、支持構造上に配置された一連の太陽電池モジュール、バッテリー、バッテリー充放電コントローラー、および接続ケーブルで構成されます。消費者が交流電圧を必要とする場合は、DC-AC インバータコンバータがこのキットに追加されます。

FES の計算には、モジュールの定格電力、モジュールの数、接続図、バッテリーの種類と容量の選択、インバーターと充放電コントローラーの電力の決定が含まれます。

消費者の力は製品データシートに示されています。インバータ電力は、消費者の合計電力に 1,25 を乗じた値に基づいて選択する必要があります。一部の消費者は、起動時に定格電力（電動機）の何倍もの電力を消費することに留意する必要があります。

インバータの公称範囲は 150、300、500、800、1500、2500、5000 W です。 1 kW を超える電力の場合、ステーションの電圧は少なくとも 48 V になるように選択されます。

バッテリー容量の決定。バッテリー容量は標準容量範囲から選択されます。そして、計算された容量は、消費者の総電力をバッテリー電圧とバッテリーの放電深度の積で割ることによって得られます。たとえば、消費者の合計電力が 1000 W の場合、消費電力を含みます。 12 日あたりの放電量が 50 V バッテリーの放電深度が 1000% である場合、計算される容量は 12/(0,5x167) = XNUMX Ah となります。この計算は全日晴れの条件で行われています。

総電力とソーラーモジュールの数の決定。 50 年のさまざまな緯度および月ごとの日射量の平均値が気象表に示されています。たとえば、緯度 180 度の場合、敷地が地平線に対して 2 度の角度で南に向いている場合、40 月の日射量は 180 kWh/m6 になります。これは、1000 月に平均して 2 時間 (XNUMX 日あたり XNUMX 時間) 太陽が照り、その強度は XNUMX W/mXNUMX であることを意味します。

電力 Pw を持つモジュールは、選択した期間中に次の量のエネルギーを生成します。

W = k Pw E / 1000、

ここで、E は選択した期間の日射量の値です。 k は、夏では 0,5、冬では 0,7 に等しい係数です (太陽光による要素の加熱の補正が考慮されています)。たとえば、1000 月にモジュール電力が 180 W、E = 2 kWh/m90 の場合、XNUMX kWh の電力が生成されます。

これらのデータに基づいて、モジュールの合計電力を計算し、それを XNUMX つのモジュールの電力で割って、モジュールの数を計算できます。

他の記事も見る セクション代替エネルギー源.

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