太阳能电池的工作原理
该设备旨在将太阳光线直接转化为电能。这种作用称为光电效应。用于制造元素的半导体（硅晶片）具有带正电和带负电的电子，由两层组成，n 层 (-) 和 p 层 (+)。在阳光的影响下，多余的电子会从这些层中被击出，并占据另一层的空位。这会导致自由电子不断移动，从一个板移动到另一个板，从而产生存储在电池中的电能。
太阳能电池的工作原理很大程度上取决于其设计。太阳能电池最初是由硅制成的。它们仍然很受欢迎，但由于清洁硅的过程非常费力且成本高昂，因此正在开发使用镉、铜、镓和铟化合物的替代光电池的模型，但它们的生产率较低。
太阳能电池板的效率随着技术的发展而提高。今天，这个数字已经从本世纪初的百分之一增加到百分之二十以上。这使我们今天不仅可以将面板用于国内需求，还可以用于生产。
规格
太阳能电池的装置非常简单，由几个部件组成：
直接太阳能电池/太阳能电池板；
将直流电转换为交流电的逆变器；
电池电量控制器。
购买太阳能电池板的电池应根据所需的功能。他们储存和分配电力。存储和消耗全天进行，晚上只消耗累积的费用。因此，存在持续不断的能量供应。
过度充放电会缩短电池的使用寿命。太阳能电池充电控制器在达到其最大参数时自动暂停电池中的能量积累，并在严重放电时关闭设备的负载。
（Tesla Powerwall - 7KW 太阳能电池板电池 - 以及电动汽车的家庭充电）
太阳能电池板的并网逆变器是最重要的设计元素。它将从太阳光线接收到的能量转换成各种容量的交流电。作为同步转换器，它将电流的输出电压在频率和相位上与固定网络相结合。
光电管既可以串联也可以并联。后一种选择增加了功率、电压和电流参数，并允许设备在一个元件失去功能的情况下工作。使用这两种方案制作组合模型。板材的使用寿命约为 25 年。
为私人住宅选择太阳能电池板
在为私人住宅购买太阳能电池板之前，请先了解：
- 房间内日常用电量；
- 安装板的地方（朝南，不要有阴影，并设置适当的倾斜角度）；
- 电池放置在温度高达 25 摄氏度的温暖房间中；
- 考虑电器的峰值负载；
- 系统的季节性或永久使用。
对于光活度高的地区，单晶电池最适合。对于夏季住宅或个人地块，如果计划季节性使用，微晶多晶模型最适合。它们相对便宜，可以很好地感知漫射侧光，并且在多云天气中以一定角度工作。
计算示例
郊区消耗3-6千瓦时的电能，但在家里使用大量电器或额外照明时，这个数字可能会更高。一个三层楼的小屋消耗 20 到 50 千瓦时甚至更多。根据提供的信息，我们将进行计算。
| № | 能源消费者 | 功率，W | 数量 | 工作时间，h | 每天耗电量，千瓦时 |
| 1 | 灯 | 90 | 3 | 3 | 1 |
| 2 | 灯 | 50 | 3 | 3 | 0,56 |
| 3 | 电视 | 150 | 1 | 4 | 0,7 |
| 4 | 泵 | 400 | 1 | 2 | 1 |
| 5 | 冰箱 | 1200 | 1 | 2 | 3 |
| 6 | 笔记本 | 400 | 1 | 2 | 0,8 |
| 7 | 卫星 | 20 | 1 | 4 | 0,9 |
| 全部的： | — | — | — | 7 kW（包括损耗） |
小屋的能源强度为 7 千瓦（包括损耗）。如果房子位于南方，那里有足够的阳光来提供能源，那么大约需要 20 个电池。一块面板的工作功率为400瓦。这个数量足以为一个 4-6 口之家永久居住的郊区提供能源。
安装
在购买特定公司的产品时，您会得到详细的接线图和说明，并且您可以自己安装不间断电源和太阳能电池板。但是，如果您不想处理系统的安装和配置，或者以前从未这样做过，那么请将这项工作委托给专业人员。
专家到现场，在短时间内进行设备的安装和调试。平均而言，安装太阳能发电厂需要一到四天，具体取决于系统的复杂性，而不间断电源则在一到两天内安装。
太阳能模块的安装按照预先批准的方案以及系统的所有组件进行；电池、充电控制器和转换器都安装在您方便拿取的地方。发电厂易于维护。 太阳能电池板表面光滑 由特殊玻璃制成，不会积雪和灰尘。用于太阳能系统的电池免维护，使用寿命长达 10 年。
提示
专家们就如何正确铺设和连接太阳能电池板提出了一些建议。
大多数情况下，使用替代能源的产品安装在屋顶或房屋建筑的墙壁上，很少使用特殊的可靠支撑。
无论如何，应完全排除任何停电，即电池的方向应使其不会落在高大树木和邻近建筑物的阴影下。
一组板的安装是按行进行的，它们的排列是平行的，在这方面，确保较高的行不会在下面的行上投下阴影是非常重要的。这一要求非常重要，因为完全或部分遮光会导致任何能源生产的减少甚至完全停止，此外，还会出现“反向电流”形成的影响，这通常会导致设备故障。
正确朝向阳光对于面板的效率和有效性至关重要。
表面接收所有可能的紫外线是非常重要的。正确的方向是根据建筑物的地理位置数据计算出来的
例如，如果面板安装在建筑物的北侧，则面板应朝南。
同样重要的是结构的整体倾斜角度，它也由结构的地理方位决定。专家计算，该指标应与房屋所在位置的纬度相对应，由于太阳会根据一年中的时间多次改变其在地平线以上的位置，因此考虑调整房屋的最终安装角度是有意义的电池。通常校正不超过12度。
- 电池的放置方式必须使它们可以自由使用，因为在寒冷的冬季，有必要定期清洁它们以防止积雪，而在温暖的季节 - 从雨渍中清除，这会大大降低效率使用电池。
- 迄今为止，在售的中国和欧洲太阳能电池板型号很多，成本不同，因此每个人都可以安装最适合自己预算的型号。
总之，应该指出的是，我们的星球将从使用太阳能电池板中获得最大的利益，因为这种能源绝对不会对环境造成任何危害。如果您作为消费者关心地球的未来、土地资源的潜力和自然资源的保护，那么太阳能电池板是最佳选择。
如何在房子的屋顶上安装太阳能电池，请看以下视频。
关于主题的结论
安装太阳能发电厂的专业方法将使您能够考虑所有因素、细微差别并避免恼人的错误。
安装太阳能电池板的一般规则
在安装太阳能电池板时，需要考虑5个因素，这些因素的结合最终决定了安装的位置和方法：
- 散热
- 阴影
- 方向
- 倾斜
- 服务可用性
如上所述，散热对维持电池的性能起着重要作用。面板与安装平面之间必须留有通风间隙，且通风间隙越大越好。通常，在面板和平面之间安装用于连接模块的框架或框架时，会留下 5-10 厘米。当安装在单独的框架或杆上时，可确保最大通风。
任何从树木或建筑物上落在电池上的阴影都会“关闭”被遮蔽的电池，这会加速昂贵的单晶模块的退化并完全停止多晶模块的发电。制造商提供了多种方法来最大程度地降低由于电路中断而导致的“热点”风险，购买时必须考虑这一点。但最好以“硬”阴影不能以任何方式落在其上的方式安装电池。雾、云或烟雾造成的“软”阴影不会损害电池，它只会降低功率输出。
您需要将电池朝向南方 - 这样日照就会最大。所有其他安装方法都是妥协，最好不要考虑它们。花几万卢布购买模块是不合理的，但电池不朝向太阳是不合理的。俄罗斯联邦各地区的日照地图已在互联网上发布并可公开获取。俄罗斯中部地带主要位于第二日照带，从 1 平方公里开始。正确安装的理想太阳能模块的米可产生高达 3 kWh / 天的电量。
用于快速清洁表面的电池的可用性使您可以在没有专家参与的情况下执行这种简单的操作。在冬天，表面必须没有积雪，在夏天 - 没有风雨造成的灰尘和污垢。如果附近有正在施工的物体，则必须每天清洁模块表面。最简单的方法是使用软管或任何窗户清洁刷喷水。
如何实现最大效率
在为您的家庭购买太阳能电池板时，选择能够为您的家庭提供充足电力的设计非常重要。据信，多云天气下太阳能电池板的效率约为 40 W/1 平方米/小时。
事实上，在多云的天气里，地面的光功率约为每平方米200瓦，但40%的太阳光是红外辐射，太阳能电池板不易受此影响。值得考虑的是，电池效率很少超过 25%。
有时来自强烈阳光的能量可以达到每平方米 500 W，但计算时应考虑最小数字，这将使自主供电系统不间断。
如果我们按年平均值计算，每天的太阳平均照射时间为 9 小时。一天之内，一平方米的转换器表面能够产生1千瓦的电力。如果房子的居民每天消耗大约20千瓦的电，那么太阳能电池板的最小面积应该在40平方米左右。
然而，在实践中这样的用电量指标是很少见的。通常，租户每天最多使用 10 kW。
如果我们谈论太阳能电池板是否在冬季工作，那么值得记住的是，在一年中的这个时候，白天的持续时间大大减少，但如果您为系统提供强大的电池，那么每天接收的能量应该是足够，考虑到备用电池的存在。
在选择太阳能电池时，注意电池的容量非常重要。如果您需要在夜间工作的太阳能电池板，那么备用电池的容量就起着关键作用。此外，该设备必须能够抵抗频繁充电。
此外，该设备必须能够抵抗频繁充电。
尽管安装太阳能电池板的成本可能超过 100 万卢布，但成本将在几年内得到回报，因为太阳能是完全免费的。
太阳能电池是如何工作的
地球上的所有生物都是由于太阳的能量而产生的。每一秒，大量的能量以太阳辐射的形式到达地球表面。虽然我们正在燃烧数千吨煤炭和石油产品来为我们的家园供暖，但靠近赤道的国家却在高温中苦苦挣扎。将太阳的能量用于人类的需求对于好奇的头脑来说是一项有价值的任务。在本文中，我们将考虑将阳光直接转化为电能的设计——太阳能电池。
薄晶圆由两层具有不同物理特性的硅组成。内层是具有空穴导电性的纯单晶硅。在外面，它覆盖着一层非常薄的“受污染的”硅，例如磷的混合物。实心金属触点应用于板的背面。在 n 层和 p 层的边界处，由于电荷的溢出，耗尽区在 n 层中形成了一个未补偿的正体积电荷。层和体积负电荷 在 p 层。这些区域共同形成一个 p-n 结。
结处出现的势垒阻止了大多数电荷载流子的通过，即来自 p 层一侧的电子，但可以沿相反方向自由通过次要载流子。 p-n 结的这种特性决定了在用阳光照射太阳能电池时获得光电动势的可能性。当 SC 被照亮时，吸收的光子会产生非平衡的电子-空穴对。在 p-n 结附近的 p 层中产生的电子接近 p-n 结，并通过其中存在的电场被带到 n 区。
类似地，在 n 层中产生的多余空穴部分转移到 p 层。结果，n 层获得额外的负电荷，而 p 层获得正电荷。半导体的 p 层和 n 层之间的初始接触电位差减小，并且在外部电路中出现电压。电流源的负极对应n层，p层对应正极。
大多数现代太阳能电池具有单个 p-n 结。在这样的元件中，自由电荷载流子仅由能量大于或等于带隙的光子产生。也就是说，单结电池的光电响应仅限于太阳光谱中能量高于禁带宽度的部分，不使用能量较低的光子。这种限制可以通过两个或多个具有不同带隙的 SC 的多层结构来克服。这种元件称为多结、级联或串联。由于它们适用于更大部分的太阳光谱，因此它们具有更高的光伏转换效率。在典型的多结太阳能电池中，单个光电池一个接一个地排列，因此阳光首先照射到带隙最大的电池上，而能量最高的光子被吸收。
电池不能在阳光下工作，但原则上是在阳光下工作。电磁辐射在一年中的任何时候都会到达地球。只是在多云的天气，产生的能量更少。例如，我们安装了自主太阳能灯。当然，有时电池没有时间完全充电。但总的来说，这种情况在冬天不会经常发生。
有趣的是，即使雪落在太阳能电池板上，它仍然会继续转换太阳能。由于光电管升温，雪本身就会融化。原理与加热汽车玻璃相同。
太阳能电池严寒无云的完美冬季天气。有时在这样的日子里，甚至可以安排生成记录。
在冬天，太阳能电池板的效率会下降。在莫斯科和莫斯科地区，平均每月发电量减少 8 倍。比方说，如果在夏天运行冰箱、计算机和房屋的顶灯需要 1 kW 的能量，那么在冬天最好储备 2 kW 以提高可靠性。
同时，在远东地区，日照时间较长，效率仅降低一倍半至两倍。当然，越往南，冬夏之间的差异就越小。
模块的倾斜角度也很重要。您可以设置全年的通用角度。而且您可以根据季节每次更改。这不是由房屋的所有者完成的，而是由前往现场的专家完成的。
太阳能连接选项
太阳能电池板由几个单独的电池板组成。为了以功率、电压和电流的形式增加系统的输出参数，元件相互连接，应用物理定律。
可以使用以下三种太阳能电池板安装方案之一来将多个电池板相互连接：
- 平行;
- 持续的;
- 混合。
并联电路涉及将相同名称的端子相互连接，其中元件具有导体会聚及其分支的两个公共节点。
在并联电路中，正极与正极相连，负极与负极相连，因此输出电流增加，输出电压保持在 12 伏以内
并联电路中最大可能输出电流的值与连接元件的数量成正比。我们推荐的文章中给出了计算数量的原则。
串联电路涉及相反极的连接：第一个面板的“正”与第二个面板的“负”。第二个面板剩余的未使用“正”和第一个电池的“负”连接到位于电路更远位置的控制器。
这种类型的连接为电流的流动创造了条件，其中只有一种方法可以将能量载体从源头转移到消费者。
通过串联，输出电压升高并达到 24 伏，足以为便携式设备、LED 灯和一些电子接收器供电
当需要连接多组电池时，最常使用串并联或混合电路。通过应用该电路，可以增加输出端的电压和电流。
采用串并联方案，输出电压达标，最适合解决大部分家务的特点
从某种意义上说，这种选择也是有益的，即在系统的结构元件之一发生故障的情况下，其他连接链继续发挥作用。这显着提高了整个系统的可靠性。
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连接太阳能电池
面板数量视需要而定
太阳能设备的串联
直接连接到照明设备
组装组合电路的原理是基于每组内的设备并联连接的事实。并且在一个电路中的所有组的连接是按顺序进行的。
通过组合不同类型的连接，组装具有必要参数的电池并不困难。最主要的是，连接电池的数量应该使得提供给电池的工作电压，考虑到它在充电电路中的下降，超过电池本身的电压，同时电池的负载电流时间提供所需的充电电流量。
