Načelo delovanja solarne baterije: kako je solarna plošča urejena in deluje

vodna ura

To metodo krmiljenja rotacijske naprave je izumil podjetni kanadski študent in je odgovoren za vrtenje samo ene osi, vodoravne.

Načelo delovanja je tudi preprosto in je naslednje:

1. Sončna baterija je nameščena v prvotni položaj, ko sončni žarki pravokotno zadenejo fotocelico.
2. Nato na eno od stranic pritrdimo posodo z vodo, na drugo stran pa kakšen predmet enake teže kot posoda z vodo. Na dnu posode mora biti majhna luknja.
3. Skozi njega bo voda postopoma pritekla iz rezervoarja, zaradi česar se bo teža zmanjšala, plošča pa se bo počasi nagnila proti protiuteži. Eksperimentalno bo treba določiti dimenzije luknje za posodo.

Ta metoda je najpreprostejša.Poleg tega prihrani materialna sredstva, ki bi jih porabili za nakup motorja, kot je to v primeru urnega mehanizma. Poleg tega lahko sami namestite rotacijski mehanizem v obliki vodne ure, ne da bi imeli posebno znanje.

Prednosti sončnih kolektorjev

Sončna energija je obetavno področje, ki se nenehno razvija. Imajo več glavnih prednosti. Enostavnost uporabe, dolga življenjska doba, varnost in dostopnost.

Pozitivni vidiki uporabe te vrste baterije:

• Obnovljiv - ta vir energije praktično nima omejitev, poleg tega je brezplačen. Vsaj naslednjih 6,5 milijarde let. Treba je izbrati opremo, jo namestiti in uporabiti za predvideni namen (v zasebni hiši ali koči).
• Številčnost – Površje zemlje v povprečju prejme približno 120.000 teravatov energije, kar je 20-krat večja od trenutne porabe energije. Sončni paneli za koče ali zasebne hiše imajo ogromen potencial za uporabo.
• Konstantnost - sončna energija je konstantna, zato človeštvu ne grozi prekomerna poraba v procesu njene uporabe.
• Razpoložljivost – sončna energija se lahko proizvaja na katerem koli območju, če je naravna svetloba. Vendar se najpogosteje uporablja za ogrevanje doma.
• Ekološka čistoča - sončna energija je obetavna panoga, ki bo v prihodnosti nadomestila elektrarne, ki delujejo na neobnovljive vire: plin, šoto, premog in nafto. Varno za zdravje ljudi in hišnih ljubljenčkov.

• Pri izdelavi panelov in vgradnji sončnih elektrarn ne prihaja do večjih emisij škodljivih ali strupenih snovi v ozračje.
• Tiho – Proizvodnja električne energije je skoraj tiha, zato je ta vrsta elektrarn boljša od vetrnih elektrarn. Njihovo delo spremlja nenehno brnenje, zaradi katerega oprema hitro odpove, zaposleni pa si morajo za počitek vzeti pogoste odmore.
• Ekonomično – pri uporabi sončnih kolektorjev lastniki nepremičnin občutijo občutno znižanje komunalnih računov za elektriko. Plošče imajo dolgo življenjsko dobo - proizvajalec daje garancijo na plošče od 20 do 25 let. Hkrati se vzdrževanje celotne elektrarne zmanjša na periodično (vsakih 5-6 mesecev) čiščenje površin plošč pred umazanijo in prahom.

Načelo delovanja sončne baterije

Zaradi toka naboja na meji p- in n-plasti se v n-plasti tvori cona nekompenziranega pozitivnega naboja, v p-sloju pa negativni naboj, t.j. vsem znano iz šolskega tečaja fizike p-n-stičišče. Potencialna razlika, ki se pojavi pri prehodu, kontaktna potencialna razlika (potencialna pregrada) preprečuje prehod elektronov iz p-sloja, vendar prosto prehaja manjše nosilce v nasprotni smeri, kar omogoča pridobivanje foto-EMF, ko sončna svetloba zadene sončna celica.

Ko so izpostavljeni sončni svetlobi, absorbirani fotoni začnejo ustvarjati neravnovesne pare elektron-luknja. Elektroni, ki nastanejo v bližini prehoda, prehajajo iz p-plasti v n-območje.

Podobno pridejo odvečne luknje in plast n v p-plast (slika a).Izkazalo se je, da se v p-sloju nabira pozitiven naboj, v n-sloju pa negativni naboj, kar povzroči napetost v zunanjem vezju (slika b). Tokovni vir ima dva pola: pozitiven - p-plast in negativen - n-plast.

To je osnovno načelo delovanja sončnih celic. Zdi se, da elektroni tečejo v krogu, t.j. zapustite p-plast in se vrnite v n-plast, skozi obremenitev (akumulator).

Fotoelektrični odtok v enostičnem elementu zagotavljajo le tisti elektroni, ki imajo energijo večjo od širine določene pasovne vrzeli. Tisti, ki imajo manj energije, v tem procesu ne sodelujejo. To omejitev je mogoče odstraniti z večplastnimi strukturami, sestavljenimi iz več kot enega SC, v katerem pasovni razmik drugačen. Imenujejo se kaskada, več križišča ali tandem. Njihova fotoelektrična pretvorba je višja zaradi dejstva, da takšne sončne celice delujejo s širšim sončnim spektrom. V njih se fotocelice nahajajo, ko se pasovna vrzel zmanjšuje. Sončni žarki najprej padejo na fotocelico z najširšo cono, medtem ko pride do absorpcije fotonov z največjo energijo.

Nato fotoni, ki gredo mimo zgornje plasti, padejo na naslednji element itd. Na področju kaskadnih elementov je glavna smer raziskav uporaba galijevega arzenida kot ene ali več komponent. Takšni elementi imajo učinkovitost pretvorbe 35%.Elementi so povezani v baterijo, saj tehnične zmogljivosti ne omogočajo izdelave ločenega elementa velike velikosti (torej moči).

Sončne celice lahko delujejo dolgo časa. Izkazali so se kot stabilen in zanesljiv vir energije, saj so bili preizkušeni v vesolju, kjer je zanje glavna nevarnost meteorski prah in sevanje, ki vodita v erozijo silicijevih elementov. Ker pa na Zemlji ti dejavniki nanje nimajo tako negativnega vpliva, lahko domnevamo, da bo življenjska doba elementov še daljša.

Sončni paneli so že v službi človeka, saj so vir energije za različne naprave, od mobilnih telefonov do električnih vozil.

In to je že drugi poskus človeka, da bi zajel brezmejno sončno energijo in jo prisilil, da deluje v svoje dobro. Prvi poskus je bil ustvariti sončne kolektorje, v katerih so elektriko pridobivali s segrevanjem vode do vrelišča s koncentriranimi sončnimi žarki.

Prednost sončnih baterij je v tem, da neposredno proizvajajo električno energijo, pri čemer izgubijo veliko manj energije kot sončni večstopenjski kolektorji, pri katerih je proces pridobivanja povezan s koncentracijo sončnih žarkov, segrevanjem vode, ustvarjanjem pare, ki vrti parno turbino. , in šele nato proizvajanje električne energije z generatorjem. Glavni parametri sončnih kolektorjev - najprej moč

Takrat je pomembno, koliko energije imajo

Ta parameter je odvisen od zmogljivosti baterij in njihovega števila. Tretji parameter je konična poraba energije, kar pomeni število hkratnih možnih povezav naprav.Drug pomemben parameter je nazivna napetost, ki določa izbiro dodatne opreme: pretvornik, sončna plošča, krmilnik, baterija.

Prednosti in slabosti

Sončne celice imajo, tako kot druge naprave, svoje prednosti in slabosti. Nedvomne prednosti teh sistemov vključujejo naslednje:

• Možnost avtonomnega delovanja vam omogoča, da organizirate oskrbo z električno energijo predmetov, elektronskih naprav in razsvetljave, oddaljenih na precejšnji razdalji od stacionarnih električnih omrežij.
• Znatni prihranki stroškov med delovanjem. Sončna svetloba, ki se spremeni v elektriko, ne stane nič in ne zahteva dodatnih stroškov. Plačati morate samo za pretvornike in baterije, ki zahtevajo redno menjavo. In tudi v tem primeru se bodo sončne celice izplačale v približno 10 letih s povprečno garancijsko dobo 25-30 let. Če upoštevate vsa pravila delovanja, lahko baterije zdržijo še dlje.
• V primerjavi z običajnimi elektrarnami, ki porabljajo gorivo in onesnažujejo okolje, je shema delovanja sončnih kolektorjev okolju prijazna in brez hrupa.

Vendar imajo te naprave tudi resne pomanjkljivosti, ki jih je treba vnaprej upoštevati pri predhodnih izračunih:

• Visoki stroški ne samo plošč, temveč tudi dodatnih komponent - pretvornikov, krmilnikov, baterij.
• Vračilo traja predolgo. Denar se dolgo časa umika iz obtoka.
• Sončni sistemi s fotovoltaičnimi celicami zahtevajo veliko prostora.Precej pogosto je za te namene potrebno uporabiti ne samo celotno streho, temveč tudi stene stavbe, kar resno krši oblikovalske odločitve. Dodaten prostor je potreben za baterije z veliko kapaciteto, ki lahko v nekaterih primerih zavzamejo celo sobo.
• Proces proizvodnje električne energije poteka neenakomerno, odvisno od časa dneva. To slabost kompenzirajo polnilne baterije, ki podnevi nabirajo elektriko, ponoči pa jo oddajajo potrošnikom.

Tranzistorji kot osnova svetlobnih elementov

Tranzistorji so primerni za naš namen, saj imajo v notranjosti precej velik silicijev polprevodniški element, ki bo uporabljen za proizvodnjo električne energije. Najbolje je, da se odločite za tranzistorje, kot sta KT ali P.

Začnemo z delom. Najprej odrežemo kovinski pokrov iz potrebnega števila radijskih komponent. To je lažje narediti, če tranzistor vpnete v primež in ga previdno razrežete z nožno žago. V notranjosti boste videli ploščo. To je glavni del naše prihodnje naprave. Služil nam bo kot fotocelica.

Del bo imel tri kontakte: bazo, oddajnik in kolektor. Med montažo izberite kolektorsko stičišče zaradi največje potencialne razlike.

Montaža, ki jo naredite sami, je najbolje opraviti na ravni površini iz katerega koli dielektričnega materiala.

Pred delom je treba preveriti tiste tranzistorje, ki jih boste uporabili pri ustvarjanju sončnih kolektorjev. Za te namene vzamemo preprost multimeter.Napravo je treba preklopiti v trenutni način merjenja, jo vklopiti med bazo in kolektorjem ali emiterjem tranzistorja. Indikator odstranimo - običajno naprava kaže majhen tok - delčke miliampera, redkeje nekaj več kot 1 mA. Nato napravo preklopimo v način merjenja napetosti (meja 1-3 V) in dobimo vrednost izhodne napetosti (bo približno nekaj desetink volta). Zaželeno je združiti tranzistorje z bližnjimi vrednostmi izhodnih napetosti.

Montaža

Sončne plošče so nameščene na posebno konstrukcijo, s katero povezava določa sposobnost fotocelic, da prenesejo vse neugodne vremenske razmere, kot so močan veter, dež ali sneg, in prispeva tudi k oblikovanju pravilnega nagibnega kota.

Ta dizajn je na voljo za prodajo v naslednjih različicah:

• nagnjeni - takšni sistemi so optimalni za namestitev na poševno streho;
• vodoravno - ta zasnova je pritrjena na ravne strehe;
• prostostoječe - baterije te vrste lahko vgradimo na strehe različnih vrst in velikosti.

Dejanski postopek namestitve baterij poteka po naslednji shemi:

za pritrditev okvirja plošče so potrebni kovinski kvadrati velikosti 50x50 mm, poleg tega pa so potrebni kvadrati 25x25 mm, ki se uporabljajo za distančne nosilce

Prisotnost teh delov omogoča doseganje zahtevane trdnosti in zanesljive stabilnosti nosilne konstrukcije ter daje tudi zahtevano stopnjo naklona;
morate sestaviti okvir, za to potrebujete vijake velikosti 6 in 8 m;
konstrukcija je pritrjena pod streho z 12 mm čepi;
v pripravljenih kvadratih se oblikujejo majhne luknje, v njih so pritrjene plošče, za močnejši oprijem pa je treba uporabiti vijake;
med inštalacijskimi deli je treba posebno pozornost nameniti okvirju - v njem ne sme biti izkrivljanj. V nasprotnem primeru lahko pride do prenapetosti sistema, kar bo povzročilo pokanje stekla.

Vgradnja sončne toplote in svetlobnih virov na ložo ali na balkon poteka po podobni shemi. Edina izjema je, da je okvir nameščen na nagnjeni ravnini. Montira se med glavno nosilno steno objekta in koncem objekta, vedno na sončni strani. Samomontaža in namestitev solarnih kolektorjev vseh vrst ne zahteva izkušenj pri gradbenih delih, vendar bo še vedno potrebno nekaj montažnih veščin. Če želite, lahko varno opravite namestitev sami, vendar bi bilo pred tem lepo prebrati posebno literaturo o značilnostih nameščanja bled in preučiti mojstrske tečaje, ki so na voljo na internetu, in se seveda založiti potrebna orodja.

Prednosti dela z lastnimi rokami so očitne - to prihrani veliko denarja pri storitvah strokovnjakov, pa tudi ogromno izkušenj, ki jih boste morda potrebovali v prihodnosti. Hkrati, če osebne sposobnosti niso dovolj, lahko ne samo izgubite čas, ampak tudi povzročite zlom plošč ali njihovo nizko učinkovitost.

Posebnosti

Danes so najbolj razširjene baterije na osnovi fotovoltaičnih polikristalov.Takšne modele odlikuje optimalna kombinacija stroškov in količine sproščene energije, zanje je značilna bogata modra barva in kristalna struktura glavnih elementov. Zelo enostavno jih je namestiti, saj se z njihovo namestitvijo v svoji zasebni hiši in na poletni koči lahko spopade tudi mojster brez veliko delovnih izkušenj. Monokristalni fotovoltaični paneli so drugi najbolj priljubljeni.

Za sončne celice, ki so izdelane iz amorfnega silicija, je značilna precej nizka učinkovitost. Vendar pa so njihove cene nekoliko nižje od stroškov analogov, zato je model povpraševan med lastniki podeželskih hiš. Trenutno takšni izdelki predstavljajo 85 % trga. Ne morejo se pohvaliti z modifikacijami velike moči in kadmijevega telurida, njihova proizvodnja temelji na visokotehnološki filmski tehniki: več sto mikrometrov snovi se nanese v tankem sloju na trpežno površino. Omeniti velja, da je pri zelo nizki ravni učinkovitosti izdelka njegova moč precej visoka.

Druga možnost za baterije na sončno energijo so sorte na osnovi polprevodnikov CIGS. Tako kot prejšnja različica se proizvajajo s filmsko tehnologijo, vendar je njihova učinkovitost veliko večja. Ločeno se je vredno posvetiti mehanizmu delovanja sončnih virov toplote in svetlobe. Glavna stvar je jasno vedeti, da skupna količina proizvedene energije nikakor ne more biti odvisna od stopnje učinkovitosti same naprave, saj običajno vse vrste takšnih naprav zagotavljajo približno enako moč.Glavna razlika je v tem, da plošče, ki imajo največjo učinkovitost, zahtevajo manj prostora za njihovo namestitev.

Sončne plošče imajo naslednje prednosti:

• okolju prijaznost namestitve;
• dolgo obdobje uporabe, med katerim ostanejo operativne lastnosti plošč konstantno visoke;
• tehnologije se redko pokvarijo, zato ne potrebujejo servisa in vzdrževanja ter dragih popravil;
• uporaba baterij, ki temeljijo na sončni energiji, vam omogoča zmanjšanje stroškov električne energije in plina v hiši;
• sončne celice so izjemno enostavne za uporabo.

Vendar tudi ni bilo brez pomanjkljivosti, med najpomembnejšimi so naslednje:

• visoke odrske plošče;
• potreba po namestitvi različne dodatne opreme za učinkovito sinhronizacijo energije, prejete iz baterije, in energije, pridobljene iz tradicionalnih virov;
• plošč ni mogoče uporabljati v stiku s takšnimi napravami, ki zahtevajo velike moči.

9. Značilnosti sončnih celic s kvantnimi pikami

Zadnja obetavna vrsta baterij bližnje prihodnosti je zgrajena na lastnostih fizičnih kvantnih pik - mikroskopskih vključkov polprevodnikov v določenem materialu. Geometrijsko so te »pike« velike nekaj nanometrov in so v materialu razporejene tako, da pokrijejo absorpcijo sevanja celotnega sončnega spektra – IR, vidne svetlobe in UV.

Velika prednost takšnih plošč je zmožnost dela tudi ponoči, ki ustvari približno 40% največje dnevne moči.

Fizikalne in tehnične lastnosti, certificiranje in označevanje

Ne glede na to, iz česa so izdelane sončne celice, ima vsaka od njih številne naslednje pomembne značilnosti:

• mehansko – geometrijski parametri, skupna teža, vrsta okvirja, zaščitno steklo, število celic, vrsta in širina konektorjev;
• električni ali volt-amperski - moč, napetost odprtega tokokroga, jakost toka pri največji obremenitvi, učinkovitost panela kot celote in posameznih celic posebej;
• temperaturo - sprememba učinkovitosti s povečanjem temperature za določeno enoto velikosti (običajno - 1 stopinja);
• kakovost – življenjska doba, stopnja razgradnje celic, prisotnost na Bloombergovih bonitetnih seznamih;
• delujoč - potreba in enostavnost nege, enostavnost namestitve / demontaže.

Industrijske sončne celice, ne glede na to, iz katerih materialov so izdelane, morajo biti certificirane. Minimalne zahteve so certifikati kakovosti ISO, CE, TUV (mednarodni) in/ali carinska unija (če se prodajajo znotraj nje).

Mednarodna pravila označevanja so tudi obvezna. na primer okrajšava CHN-350M-72 vsebuje naslednje informacije:

• CHN - identifikator proizvajalca (v tem primeru kitajska ChinaLand);
• 350 – moč plošče v vatih;
• M – oznaka monokristalnega silicija;
• 72 je število fotovoltaičnih celic v modulu.

Kaj lahko naredite sončne celice z lastnimi rokami doma

To zahteva naslednje:

Vnaprej narisana shema in izračuni.
Določeno število montažnih sončnih celic - najceneje jih je kupiti na spletu, na primer na spletni strani Aliexpress ali v drugih spletnih trgovinah

Bodite pozorni na dejstvo, da imajo vsi elementi enake električne lastnosti. Domač okvir iz lesa in vezanega lesa - pravila za njegovo montažo si lahko ogledate na številnih videoposnetkih na internetu

Pleksi steklo ali pleksi steklo za površinsko zaščitno prevleko.
Barva in toplotno odporno lepilo za obdelavo lesenih površin.
Kontaktni trakovi in ​​žice za povezovanje celic. Diagrame različnih načinov povezovanja je mogoče preučiti tudi na internetu.
Spajkalnik in spajkalnik. Spajkalna dela je treba izvajati zelo previdno, da ne bi pokvarili prihodnjega izdelka.
Silikonsko lepilo in samorezni vijaki za pritrditev montažne baterije v okvir.

Majhna baterija bo zahtevala približno 30-50 USD naložbe, medtem ko bo tovarniška različica enake zmogljivosti stala le 10-20% več.

Seveda takšna domača zasnova ne bo trajala 25 let, ne bo imela moči polnopravne sončne elektrarne in se ne bo mogla pohvaliti s pomembno učinkovitostjo. Vendar bodo njegovi stroški čim manjši.

Naprava za sončno baterijo

Da bi solarna baterija lahko pretvorila sončno svetlobo v tok, so potrebni naslednji elementi:

1. Fotovoltaična plast, ki igra vlogo polprevodnika. Predstavljata ga dve plasti materialov z različno prevodnostjo. Tukaj se elektroni lahko premikajo iz p (+) območja v n (-) območje. Temu pravimo p-n stičišče;
2. Med dve plasti polprevodnikov je postavljen element, ki je v bistvu ovira za prehod elektronov;
3. Vir moči. Treba se je povezati z elementom, ki preprečuje prenos elektronov. Preoblikuje gibanje nabitih elektronov, t.j. ustvarja električni tok.Akumulatorska baterija. Akumulira in shranjuje energijo;
4. krmilnik polnjenja. Njegova glavna funkcija je priklop in odklop solarne baterije glede na stopnjo napolnjenosti. Bolj izpopolnjene naprave lahko nadzorujejo najvišjo raven moči;
5. DC v AC pretvornik (pretvornik);
6. Stabilizator napetosti. Zagotavlja zaščito za sistem sončne baterije pred prenapetostmi.