Загряване на фотоволтаичните панели

[Lupus]

Моля за аргументиран (теоретично или емпирично) отговор на въпроса:
Ще има ли разлика в температурата на нагряване на еднакви фотоволтаични панели, поставени при равни други условия ако:
- единия е не натоварен;
- втория е с оптимално натоварване;
- третия е свързан "на късо"

[Mateev]

Нека да приемем, че и трите панела получават еднакво количество енергия. Също нека да приемем, че вятъра е с еднаква скорост и ги охлажда еднакво. Нека да приемем, че и всички други фактори са напълно еднакви. Тогава какво ще се случи според закона за запазване на енергията?

1. Най-горещ ще е панела, който работи на празен ход. Просто цялата светлинна енергия, попаднала върху него, ще се превърне в топлина.
2. Панела, които работи в режим на късо съединение, на теория ще има малко по-ниска температура, защото течащия ток през проводниците ток леко ги загрява. С това се предизвиква отнемане на енергия от панела и прехвърлянето и върху проводниците. Ако дължината на проводниците е около 1 метър и сечението е 6 кв.мм, то тази загуба е от порядъка на 0.01%, тоест едно нищо. Следователно ако премерите с термометър температурите на двата панела, ще откриете, че са напълно еднакви, защото разликата в температурата на втория панел ще е по-малка от дискретата на уреда.
3. Най-хладен ще е панела, който работи в Mpp точката и който отдава в инвертора около 18-20% от получената енергия (зависи от КПД-то).

Казано по друг начин:
1. Панела на празен ход се нагрява от 100% от получената слънчева енергия
2. Панела на късо се нагрява от 99.99% от получената енергия. Останалия 0.01% нагрява проводниците.
3. Панела в работен режим се нагрява от 82% от получената енергия. Останалите 18% ги отдава в инвертора.

[Lupus]

Освен нагряването, което в най-голямата си част е за сметка на инфрачервените лъчи има и още една съставка от загубите в панела в следствие от вътрешното му съпротивление и протичащия ток. Тази съставка отсъства при отворената електрическа верига и е максимална при панел с дадени накъсо клеми. А напрежението на панела (респективно тока през него) се генерират за сметка на видимата светлина, която иначе много по-малко нагрява панела. Това не бърка ли горната логика?

[Mateev]

Не се подвеждай с грешни разсъждения, че има опасност да измислиш вечния двигател. Постъпващата енергия и в трите панела е една и съща съгласно условието на задачата. При това положение трябва да се анализира само напускащата.

Има си закон за запазване на енергията. Според него няма никакво значение какви трансформации претърпява енергията - нейното количество винаги си остава едно и също. Ако разгледаш панела като една затворена система, за нея е важно едно единствено нещо - колко енергия постъпва и колко я напуска. Разликата остава вътре и повишава температурата. Повишава се и излъчената топлина посредством конвекция, както и интензитета на излъчените инфрачервени лъчи. И процеса на нарастване на температурата продължава дотогава, докато настъпи енергиен баланс на входа и на изхода на затворената система, наречена панел. Това е при празен ход. Вместо панел мога да кажа крушка или котлон или или кисела краставичка - все тая. Закона за запазване на енергията пак ще си важи с пълна сила, независимо от това какви трансформации претърпява енергията вътре в затворената система.

При панела с късо съединение се отклонява едно малко количество енергия за топлене на кабела, но всичко друго си остава в затворената система.

При панела в Mpp режим се отклонява доста по-голямо количество енергия и отива в инвертора (около 18%).

Та това е истината. Колкото е по-високо КПД-то на един панел, толкова ще е по-студен. В идеалния (и невъзможен) случай със 100% КПД панела няма да се нагрява и ще има температурата на околната среда.

Има случаи в природата, когато горното обяснение не е вярно, но това не означава, че закона за запазване на енергията не работи. Той винаги си работи, но понякога освен в топлинна, слънчевата енергия може да се преобразува и в химическа. Например при фотосинтезата и при някои химически реакции. При панела обаче е ясно, че не настъпват никакви химически изменения. Тъй като тока е постоянен, не се излъчват и радиовълни. Няма и загуби от капацитивни или вихрови токове. Въобще за да докажеш твоето твърдение, трябва да посочиш не вътрешни промени, а начин на напускане на енергията, който да е различен в трите случая.

[Lupus]

Не е необходимо да се нарушават законите на термодинамиката, понякога те могат да бъдат и заобиколени с разни хватки.
Най-простия и нагледен пример е климатика. Той "перпетум мобиле от втори род" ли е, щом прави точно това?
Съвременните климатици имат КОП над 4 - т.е. с вкаран 1W енергия те пренасят от по-студена в по-топла среда 4W енергия.
Защо мисля, че при протичане на ток през фотоволтаична клетка тя повишава температурата си спрямо огряваната от същото слънце, но на празен ход.
Когато няма ток в някакъв момент настъпва равновесие и "колкото погълната енергия - толкова и излъчена". Процеса на нагряване обаче не е еднакъв вследствие на целия светлинен спектър. И децата знаят че топлят червените и инфрачервените лъчи много повече от виолетовите и ултравиолетовите. Но те не знаят друго - че фотоволтаичната клетка най-ефективно превръща енергията на фотоните от видимия спектър в ЕДН и от там в електрически ток. Когато затворим веригата имаме двукратно преобразуване и движение на енергията на ДОПЪЛНИТЕЛНО погълнатите фотони. Една част от получената по този начин ЕЛЕКТРОЕНЕРГИЯ отива в товара. И това е по-голямата нейна част. Другата, по-малка се превръща отново в топлина за сметка на загубите от вътрешното съпротивление на клетката.
И тук е зарито кучето - ние превръщаме енергия от видимия спектър в топлина, което иначе няма как да стане, имайки в предвид нейния по-нисък топлинен ефект. Клетката се нагрява допълнително и настъпва равновесие на ново, по-високо температурно ниво.
Няма магии, няма перпетуум мобиле!
Възможно е и да греша, но не мога да си видя сам грешката. Помагайте!

[Mateev]

Грешиш !!!

Давайки панела на късо, ние отнемаме 18% от топлинната енергия и я превръщаме в електрическа. С това го охлаждаме. Обаче същата тази електрическа енергия го загрява, но със 17.99%. Както вече казахме, 0.01% остава в кабела. Това е.

А относно разсъжденията ти за видимия и инфрачервения спектър - там вече съвсем се обърка. Видим спектър е този, който вижда човешкото око. Освен това окото си има някаква характеристика на чувствителност. "Видимия" спектър на един модул е съвсем различен от този на човека и характеристиката на преобразуване в ток също е различна. Сравняването на око с панел е меко казано непрофесионално. Също така изказването ти, че едните лъчи топлят по-малко, а другите - повече - Хммммм - не знам какво да кажа. Топлят както едните, така и другите. Излъчват както едните, така и другите. Точна и ясна граница няма. И едните и другите са просто вълни с различна дължина, при това много близка една до друга. На фона на целия спектър те са едно и също нещо - една малка и тънка чертичка, а не две. Самото разделение на видими, инфрачервени и ултравиолетови е от позицията на човешкото око. От спектрална гледна точка няма точна граница и няма рязка промяна в характеристиките.

Ще ти дам един пример:
Представи си разстоянието между Габрово и София. Та там някъде в началото на Български извор веднага след табелата 3-тото дърво е видимия спектър. Един метър преди дървото са така наречените инфрачервени лъчи, а един метър след него - ултравиолетовите. Ако дойдат извънземни с друга структура на очите, как ще разберат, че това дърво е толкова важно, след като по целия път сигурно има поне 50-100 хиляди дървета?

Още веднъж повтарям - не се задълбочавай в подробности, защото така можеш да стигнеш до грешни изводи отчитайки един факт и забравяйки за друг. Просто трябва сляпо да вярваш на закона за запазване на енергията. Към днешна дата физиците все още го смятат за верен, така че няма никакъв смисъл да се надхващаме. Забрави какво се случва вътре в панела, забрави и за входа (той е един и същи по условие на задачата) и се концентрирай само върху изхода - какви енергии напускат панела, правейки го по-хладен.

[Mateev]

И за да ти стане още по-весело, ще ти дам един парадокс - уловка, който обичам да го подхвърлям на пияни компании (Малинка е свидетел).

И така.......
Денем слънцето стоварва върху земната повърхност колосални количества енергия, огрявайки точно 50% от земната повърхност и повишавайки с това нейната температура. Тъмната част на земята (нощем) също е 50%, но тя е много по-студена от светлата. Налице е температурна разлика, която говори че на входа (денем) постъпва много повече енергия, отколкото излиза на изхода (нощем). Какво се случва с тази допълнителна енергия, която остава на земята съгласно закона за запазване на енергията? Изчезва ли някъде (все пак земята поддържа почти постоянна средногодишна температура от милиарди години), или просто тъмната страна на земята излъчва точно толкова енергия, колкото получава светлата. Как е възможно това, след като тъмната и светлата част от земята са напълно еднакви по площ? Звучи малко невероятно, но ...........

На пръв поглед закона за запазване на енергията не работи. Ако започнем дискусия, ще извадим 1000 довода за един или друг аспект от енергийните преобразувания, случващи се на земята. Ще употребяваме думички от типа по-много, по-малко, може би, и т.н и т.н. И едва ли ще прозрем истината. И все пак има ли някой идея какво точно се случва и къде отива излишната енергия?

[Mateev]

И за да направя задачата още по-интересна, малко ще я усложня:

Научно е доказано, че преди милиарди години, когато в световния океан са се зараждали първите аминокиселини, слънцето е светело по-ярко и земята е получавала с 30% повече енергия, отколкото получаваме в момента. И би трябвало още тогава океана да се изпари и температурата на повърхността да се повиши до такива нива, при които повечето от металите започват да се топят. Но неизвестно по какви причини средната температурата на планетата и тогава и сега е около 22 градуса. Е периодично мърда с по около 2-3 градуса нагоре-надолу, което предизвиква ледникови епохи и после глобални затопляния. Но пак повтарям - промяна само с 2-3 градуса, а не с 200-300.

Създава се впечатление, че преди 2 милиарда години на земята са кацнали извънземни и са включили някакъв гигантски свръхмощен терморегулатор, който денонощно изхвърля в космоса милиарди гигаватчасове енергия, за да поддържа температурата константна и с това да създаде подходящи условия за възникването на живота.

Някаква идея какъв е този терморегулатор и къде се намира?
И въобще как се поддържа постоянна температура на земята, въпреки колосалните дисбаланси на входяща и изходяща енергия - сега (ден-нощ) и в миналото (последните 2 милиарда години).

[petyostoev]

Океаните могат ли да свършат тази работа.

[Mateev]

Топло, топло..........

Близо си до истината. Помисли още малко. Колосални енергии се регулират с колосални по мощност терморегулатори. Добра идея е човек да се сети за океаните - все пак заемат 2-3 от повърхността на планетата и водата в тях може да поеме в себе си колосални количества енергия. Може би слънцето трябва да я облъчва 100 или 1000 години, докато повиши нейната температура само с 1 градус. Но водата в океаните е пасивен компонент. Рано или късно слънцето ще я загрее до 100 градуса и ще я изпари. Когато водата от океаните отиде в небето под формата на облаци, земята ще започне да се охлажда, защото голяма част от слънчевата енергия ще се отразява обратно в космоса (защото облаците са бели на цвят). Когато температурата на повърхността падне под нула градуса, облаците от небето ще паднат на земята под формата на сняг, но повърхността на планетата пак остава бяла. Тоест пак ще отразява голяма част от енергията. И не се знае колко милиона или милиарда години ще трябват, за да се стопят и отново да станат океан.

До момента измислихме терморегулатор, но той ще клати температурата на земята между нула и 100 градуса по целзий. Не е чак толкова лошо, ако живота се беше развил на основата на силиция. Но явно това не е така, щом все пак ние сме живи. А белтъците и другите химии, от които сме изградени, стават на пържени яйца още при 60 градуса по целзий. Има и други химически реакции в клетките на нашия организъм, които са силно чувствителни към температурата. На практика нашият организъм работи добре само в диапазона от 30 до 45 градуса по целзий. Нагоре или надолу просто нямаше да оцелеем. И ако направим малко енергийни изчисления ще установим, че идеалната средна външна температура за нас е точно 22.5 градуса по целзий. Тя е по-малка от 36.7 градуса на тялото, но нека не забравяме, че в енергийно отношение човешкото тяло е котлон с мощност около 800W и този котлон трябва да се охлажда. И 22.5 градуса е идеалната външна температура, при която този котлон отделя в околното пространство точно 800W. И този, който е направил терморегулатора на планетата преди 2 милиарда години, го е настроил точно на тази температура.

Не е ли впечатляващо всичко това? Някъде има нещо, което работи безпогрешно вече 2 милиарда години, и което е прецизно настроено да щрака релето на колосалния терморегулатор при температура точно 22.5 градуса с хистерезис не повече от 1-2 градуса.

[petyostoev]

Въртенето на Земята?
Разликите в температурите,пораждащи вятъра?

[Miro]

Всъщност Земята излъчва повече, отколкото получава от Слънцето... нали всичко вътре ври и кипи... Марс също едно време е бил читава планета и имал течаща вода и магнитно поле, но понеже е по-малък от Земята е изстинал по-бързо.

[Lupus]

Грешиш !!!

Давайки панела на късо, ние отнемаме 18% от топлинната енергия и я превръщаме в електрическа. С това го охлаждаме. Обаче същата тази електрическа енергия го загрява, но със 17.99%. Както вече казахме, 0.01% остава в кабела. Това е.

А относно разсъжденията ти за видимия и инфрачервения спектър - там вече съвсем се обърка. Видим спектър е този, който вижда човешкото око. Освен това окото си има някаква характеристика на чувствителност. "Видимия" спектър на един модул е съвсем различен от този на човека и характеристиката на преобразуване в ток също е различна. Сравняването на око с панел е меко казано непрофесионално. Също така изказването ти, че едните лъчи топлят по-малко, а другите - повече - Хммммм - не знам какво да кажа. Топлят както едните, така и другите. Излъчват както едните, така и другите. Точна и ясна граница няма. И едните и другите са просто вълни с различна дължина, при това много близка една до друга. На фона на целия спектър те са едно и също нещо - една малка и тънка чертичка, а не две. Самото разделение на видими, инфрачервени и ултравиолетови е от позицията на човешкото око. От спектрална гледна точка няма точна граница и няма рязка промяна в характеристиките.
..........

Виждам, че темата се отклони, но аз ще продължа да питам, докато си изясня въпроса.
По написаното горе имам два въпроса:
1. До колкото ми стигат теоретичните познания за работата на фотоволтаичната клетка, топлината не участва в процеса на преобразуване на светлината в ЕДН. Поне така пишат по дебелите книги. Нагряването идва от хаотичното движение на ядрата. Поглъщането на фотони от тях повишава това хаотично (Брауново) движение. Когато обаче електрон погълне фотон, той минава на по-енергетична орбита, т.е. променя се енергетичното състояние на електронната обвивка. След като електронът поеме енергия, той може да се откъсне от кристалната решетка ( процесът има вероятностен характер ) и веднъж превърнал се в свободен електрон за него важат законите на PN прехода - винаги се озовава в P областта. Оттам назад - само през външна верига. Нагряването и охлаждането се подчиняват на законите на термодинамиката, а генерирането на ток - на законите на квантовата физика и механика. На базата на тези постановки аз правя извода, че никаква топлинна енергия не се преобразува в електрическа. Напротив, колкото повече топлинна енергия е погълнала клетката, толкова процеса на преобразуване на светлината в електрически ток е с по-ниско КПД. Има ли грешка в тези разсъждения? Има ли нещо в разбирането ми за работата на фотоволтаичната клетка, което е погрешно?
2. Относно понятието "видим спектър". Строго научно погледнато, за обяснението на работата на фотоволтаичната клетка то е не особено коректно. Използвах го само заради факта, че е по-разбираемо за човека от точното задаване на честотните граници на този спектър. От друга страна "видимия спектър" и спектъра, в който работят масово ползваните фотоволтаични клетки в голямата си част се препокриват. Така ли е? Някой може ли да ми даде графика на спектъра, в който КПД на клетките е най-голям?

[Емил]

Ако човекът е котлон 800W, то неговият щепсел не е ли включен във флората или индиректно чрез фауната ?

Флората поема енергия от Слънцето, а човекът я усвоява чрез флората, а също и от фауната, която консумира флора.

Сега се сещам за нароилите се странници, които "ядат Слънце", като го гледат най-вече на изгрев и на залез. Директно включване чрез очите ?! Какво ще кажете за това - партенка ли е или не?

[KD Solar]

От друга страна "видимия спектър" и спектъра, в който работят масово ползваните фотоволтаични клетки в голямата си част се препокриват. Така ли е? Някой може ли да ми даде графика на спектъра, в който КПД на клетките е най-голям?

Привет,
прилагам графиките.

И за да не се спори само на теория, във форума има много хора с мониторингова система към централите.
Който има желание, време и резервни модули, които не са свързани към стринговете, нека да направи опит и да измери температурата на модулите, през които протича ток и температурата на несвързаните модули.