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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Células y módulos solares. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía El método para obtener electricidad a partir de la luz solar se conoce desde hace mucho tiempo. El fenómeno del efecto fotoeléctrico fue observado por primera vez por E. Becquerel en 1839. Pero no se prestó atención a este fenómeno hasta 1873, cuando W. Smith descubrió un efecto similar cuando se irradiaba con luz una placa de selenio. Ya en el siglo XX. se inventó la celda solar de silicio, que para la década de 50 había alcanzado un alto grado de perfección. El diseño más simple de una celda solar basada en silicio monocristalino se muestra en la Fig.1. A poca profundidad de la superficie de la oblea de silicio de la capa p, se forma una unión pn con un contacto metálico delgado.
Se aplica un contacto de metal sólido en la parte posterior de la placa. Cuando se ilumina una celda solar, los fotones absorbidos generan pares electrón-hueco que no están en equilibrio. Los electrones generados en la capa p cerca de la unión pn se acercan a la unión pn y son llevados a la región n por el campo eléctrico. De manera similar, el exceso de agujeros creados en la capa n se transfiere parcialmente a la capa p. Como resultado, la capa n adquiere una carga negativa adicional y la capa p adquiere una carga positiva. La diferencia de potencial de contacto inicial entre las capas p y n del semiconductor disminuye y aparece un voltaje en el circuito externo. El polo negativo de la fuente corresponde a la capa n y el polo positivo a la capa p. A diferencia de otras fuentes de corriente, las características de las células solares dependen de la cantidad de luz que incide sobre la superficie. Por ejemplo, una nube entrante puede reducir la potencia de salida en más del 50 %. Además, las células solares tienen una variedad de parámetros, por lo que deben clasificarse por corriente de salida. Al cargar el elemento, es posible trazar la dependencia de la potencia de salida del voltaje (Fig. 2). La potencia máxima corresponde a una tensión de 0,47 V.
Por lo tanto, para comparar celdas solares entre sí en las mismas condiciones, es necesario cargarlas para que el voltaje de salida sea de 0,47 V. Las celdas emparejadas deben soldarse en serie para obtener un voltaje más alto o en paralelo para obtener un voltaje más alto. actual. También puede utilizar una conexión en serie-paralelo. Un punto importante es el régimen de temperatura. Cuando el elemento se calienta un grado por encima de 25°C, pierde 0,002 V. A modo de comparación, la Fig. 3 muestra una familia de curvas de la característica corriente-voltaje para temperaturas de 25 y 60°C. En un día soleado, los elementos se calientan hasta 60-70°C. Esta es la razón principal de la caída en la eficiencia de las células solares (generalmente es del 10 al 16%). Por lo tanto, un elemento de 100x100 mm puede generar 1...1,6 vatios.
La conexión de células solares en cadenas paralelas y en serie se denomina módulo solar. Cuando se usa para cargar baterías con un voltaje nominal de 12 V, por regla general, se requieren 36 celdas solares, lo que da 16 ... en el cargador. Todos los sistemas fotovoltaicos se pueden dividir en dos tipos: autónomos y conectados a la red eléctrica (estos últimos dan el exceso de energía eléctrica a la red). El sistema autónomo consta de un conjunto de módulos solares colocados sobre una estructura de soporte, una batería (batería), un controlador de carga-descarga de la batería y cables de conexión. Si el consumidor necesita tener una tensión alterna, entonces se agrega a este kit un convertidor inversor de tensión continua a tensión alterna. El cálculo de FES incluye: determinación de la potencia nominal de los módulos, su número, esquemas de conexión, selección del tipo y capacidad de la batería, potencia del inversor y controlador de carga-descarga. El poder de los consumidores se indica en las hojas de datos del producto. La potencia del inversor debe seleccionarse en función de la potencia total de los consumidores multiplicada por 1,25. Hay que tener en cuenta que algunos consumidores en el momento de la puesta en marcha consumen potencia muchas veces superior a la nominal (motores eléctricos). El rango nominal de los inversores es de 150, 300, 500, 800, 1500, 2500, 5000 W. Para potencias superiores a 1 kW, la tensión de la estación se elige como mínimo de 48 V. Determinación de la capacidad de la batería. La capacidad de la batería se selecciona de un rango estándar de capacidades. Y la capacidad calculada se obtiene dividiendo la potencia total de los consumidores por el producto del voltaje de la batería y la profundidad de descarga de la batería. Por ejemplo, si la potencia total de los consumidores es de 1000 W, incl. por día, y la profundidad de descarga de una batería de 12 V es del 50%, entonces la capacidad calculada será 1000 / (12x0,5) = 167 A.h. Este cálculo se realiza para la condición en que todos los días son soleados. Determinación de la potencia total y del número de módulos solares. El valor promedio de la radiación solar para diferentes latitudes y diferentes meses del año se dan en tablas meteorológicas. Por ejemplo, para una latitud de 50°, el valor de la radiación solar en julio es de 180 kWh/m2 cuando el sitio está orientado al sur en un ángulo de 40° con respecto al horizonte. Esto significa que en julio el sol brilla una media de 180 horas (6 horas al día) con una intensidad de 1000 W/m2. El módulo Pw generará la siguiente cantidad de energía durante el período seleccionado: W = k PwE/1000, donde E es el valor de la insolación para el período seleccionado; k es un coeficiente igual a 0,5 en verano y 0,7 en invierno (tiene en cuenta la corrección por el calentamiento de los elementos al sol). Por ejemplo, con una potencia de módulo de 1000 W y E = 180 kWh/m2, generará 90 kWh de electricidad en julio. Con base en estos datos, puede calcular la potencia total de los módulos y, dividiéndola por la potencia de un módulo, calcular la cantidad de módulos.
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