Principiul de funcționare al bateriei solare: cum este aranjat și funcționează panoul solar

ceas cu apă

Această metodă de control al dispozitivului rotativ a fost inventată de un student canadian întreprinzător și este responsabilă de rotirea unei singure axe, cea orizontală.

Principiul de funcționare este, de asemenea, simplu și este după cum urmează:

1. Bateria solară este instalată în poziția inițială atunci când razele solare lovesc fotocelula perpendicular.
2. După aceea, un recipient cu apă este atașat de una dintre laturi, iar un obiect de aceeași greutate ca recipientul cu apă este atașat de cealaltă parte. Fundul recipientului trebuie să aibă o gaură mică.
3. Prin el, apa va curge treptat din rezervor, din cauza careia greutatea va scadea, iar panoul se va inclina incet spre contragreutate. Va fi necesar să se determine experimental dimensiunile orificiului pentru container.

Această metodă este cea mai simplă.În plus, economisește resurse materiale care ar fi cheltuite pentru achiziționarea unui motor, așa cum este cazul unui mecanism de ceasornic. În plus, puteți instala singur mecanismul rotativ sub forma unui ceas cu apă, fără să aveți măcar cunoștințe speciale.

Beneficiile panourilor solare

Energia solară este un domeniu promițător care se dezvoltă constant. Au mai multe avantaje principale. Ușurință în utilizare, viață lungă, siguranță și accesibilitate.

Aspectele pozitive ale utilizării acestui tip de baterie:

• Regenerabilă - această sursă de energie practic nu are restricții, în plus, este gratuită. Cel puțin pentru următorii 6,5 miliarde de ani. Este necesar să selectați echipamentul, să îl instalați și să îl utilizați în scopul propus (într-o casă privată sau un teren de cabană).
• Abundență - Suprafața pământului primește în medie aproximativ 120.000 de terawați de energie, ceea ce reprezintă de 20 de ori consumul actual de energie. Panourile solare pentru cabane sau case private au un potențial uriaș de utilizare.
• Constanța - energia solară este constantă, prin urmare umanitatea nu este amenințată cu cheltuieli excesive în procesul de utilizare.
• Disponibilitate – energia solară poate fi generată în orice zonă, atâta timp cât există lumină naturală. Cu toate acestea, cel mai adesea este folosit pentru încălzirea casei.
• Curățenia ecologică – energia solară este o industrie promițătoare care va înlocui centralele care funcționează pe resurse neregenerabile: gaz, turbă, cărbune și petrol în viitor. Sigur pentru sănătatea oamenilor și a animalelor de companie.

• În timpul producției de panouri și al instalării centralelor solare, în atmosferă nu apar emisii semnificative de substanțe nocive sau toxice.
• Silențios – Generarea de energie electrică este aproape silențioasă și, prin urmare, acest tip de centrală este mai bună decât parcurile eoliene. Munca lor este însoțită de un zumzet constant, din cauza căruia echipamentul eșuează rapid, iar angajații trebuie să facă pauze dese de odihnă.
• Economic – atunci când folosesc panouri solare, proprietarii de proprietăți se confruntă cu o reducere semnificativă a facturilor la utilități pentru electricitate. Panourile au o durată de viață lungă - producătorul oferă o garanție pentru panouri de la 20 la 25 de ani. Totodată, întreținerea întregii centrale electrice se reduce la curățarea periodică (la fiecare 5-6 luni) a suprafețelor panourilor de murdărie și praf.

Principiul de funcționare al bateriei solare

Ca rezultat al fluxului de sarcină la limita straturilor p și n, în stratul n se formează o zonă de sarcină pozitivă necompensată, iar în stratul p se formează o sarcină negativă, adică. cunoscut tuturor de la cursul școlar de fizică p-n-jonction. Diferența de potențial care apare la tranziție, diferența de potențial de contact (bariera de potențial) împiedică trecerea electronilor din stratul p, dar trece liber purtători minori în direcția opusă, ceea ce face posibilă obținerea foto-EMF atunci când lumina soarelui lovește celula solară.

Când sunt expuși la lumina soarelui, fotonii absorbiți încep să genereze perechi electron-gaură neechilibrate. Electronii generați în apropierea tranziției trec de la stratul p în regiunea n.

În mod similar, găurile în exces și stratul n intră în stratul p (figura a).Se dovedește că o sarcină pozitivă se acumulează în stratul p, iar o sarcină negativă se acumulează în stratul n, provocând o tensiune în circuitul extern (Figura b). Sursa de curent are doi poli: pozitiv - p-layer și negativ - n-layer.

Acesta este principiul de bază al modului în care funcționează celulele solare. Electronii par astfel să ruleze într-un cerc, adică. părăsiți stratul p și reveniți la stratul n, trecând prin sarcină (acumulator).

Fluxul fotoelectric într-un element cu o singură joncțiune este asigurat numai de acei electroni care au o energie mai mare decât lățimea unei anumite benzi interzise. Cei care au mai puțină energie nu participă la acest proces. Această limitare poate fi înlăturată prin structuri multistrat constând din mai mult de un SC, în care bandgap diferit. Ele sunt numite cascadă, multi-joncțiune sau tandem. Conversia lor fotoelectrică este mai mare datorită faptului că astfel de celule solare funcționează cu un spectru solar mai larg. În ele, fotocelulele sunt amplasate pe măsură ce banda interzisă scade. Razele soarelui cad mai întâi pe fotocelula cu zona cea mai largă, în timp ce are loc absorbția fotonilor cu cea mai mare energie.

Apoi, fotonii trecuți de stratul superior cad pe următorul element și așa mai departe. În domeniul elementelor în cascadă, direcția principală de cercetare este utilizarea arseniurei de galiu ca o singură componentă sau mai multe. Astfel de elemente au o eficiență de conversie de 35%.Elementele sunt conectate într-o baterie, deoarece capacitățile tehnice nu permit fabricarea unui element separat de dimensiuni mari (deci, putere).

Celulele solare pot funcționa mult timp. S-au dovedit a fi o sursă stabilă și de încredere de energie, fiind testate în spațiu, unde principalul pericol pentru ei este praful meteoric și radiațiile, care duc la erodarea elementelor de siliciu. Dar, întrucât, pe Pământ, acești factori nu au un efect atât de negativ asupra lor, se poate presupune că durata de viață a elementelor va fi și mai lungă.

Panourile solare sunt deja în slujba omului, fiind o sursă de energie pentru diverse dispozitive, de la telefoane mobile până la vehicule electrice.

Și aceasta este deja a doua încercare a omului de a reduce energia solară nemărginită, forțând-o să lucreze pentru binele său. Prima încercare a fost crearea unor colectoare solare, în care electricitatea era generată prin încălzirea apei până la punctul de fierbere cu razele concentrate ale soarelui.

Avantajul bateriilor solare este că produc direct energie electrică, pierzând mult mai puțină energie decât colectoarele solare în mai multe etape, în care procesul de obținere a acesteia este asociat cu concentrarea razelor solare, încălzirea apei, generarea aburului care rotește o turbină cu abur. , și numai după aceea generând energie electrică de către un generator. Principalii parametri ai panourilor solare - în primul rând, puterea

Atunci este important câtă energie au

Acest parametru depinde de capacitatea bateriilor și de numărul acestora. Al treilea parametru este consumul de putere de vârf, ceea ce înseamnă numărul de conexiuni simultane posibile ale dispozitivelor.Un alt parametru important este tensiunea nominală, care determină alegerea echipamentelor suplimentare: invertor, panou solar, controler, baterie.

Avantaje și dezavantaje

Panourile solare, ca și alte dispozitive, au propriile avantaje și dezavantaje. Avantajele incontestabile ale acestor sisteme includ următoarele:

• Posibilitatea de funcționare autonomă vă permite să organizați alimentarea cu energie a obiectelor, dispozitivelor electronice și iluminatului, la distanță la o distanță considerabilă de rețelele electrice staționare.
• Economii semnificative de costuri în timpul funcționării. Lumina soarelui care se transformă în electricitate nu costă nimic și nu necesită costuri suplimentare. Trebuie să plătiți doar pentru invertoare și baterii care necesită înlocuire periodică. Și chiar și în acest caz, panourile solare vor da roade în aproximativ 10 ani cu o perioadă medie de garanție de 25-30 de ani. Dacă respectați toate regulile de funcționare, bateriile pot dura și mai mult.
• În comparație cu centralele electrice convenționale care consumă combustibil și poluează mediul înconjurător, schema de funcționare a panourilor solare este ecologică și lipsită de zgomot.

Cu toate acestea, aceste dispozitive au și dezavantaje serioase, care ar trebui luate în considerare în prealabil în calculele preliminare:

• Costul ridicat nu numai al panourilor, ci și al componentelor suplimentare - invertoare, controlere, baterii.
• Rambursarea durează prea mult. Banii sunt retrași din circulație pentru o lungă perioadă de timp.
• Sistemele solare cu celule fotovoltaice necesită mult spațiu.Destul de des, în aceste scopuri, este necesar să se folosească nu numai întregul acoperiș, ci și pereții clădirii, încălcând grav soluțiile de proiectare. Este nevoie de spațiu suplimentar pentru bateriile cu o capacitate mare, care în unele cazuri pot ocupa o întreagă încăpere.
• Procesul de generare a energiei electrice are loc inegal, în funcție de momentul zilei. Acest dezavantaj este compensat de bateriile reîncărcabile, care acumulează energie electrică ziua și o oferă consumatorilor noaptea.

Tranzistoarele ca bază a elementelor ușoare

Tranzistoarele sunt potrivite pentru scopul nostru, deoarece în interior au un element semiconductor de siliciu destul de mare, care va fi folosit pentru a produce electricitate. Cel mai bine este să optați pentru tranzistori precum KT sau P.

Începem treaba. În primul rând, tăiem capacul metalic din numărul necesar de componente radio. Acest lucru este mai ușor de făcut dacă prindeți tranzistorul într-o menghină și îl tăiați cu grijă cu un ferăstrău. Înăuntru vei vedea o farfurie. Aceasta este partea principală a viitorului nostru dispozitiv. Va servi ca fotocelulă pentru noi.

Piesa va avea trei contacte: bază, emițător și colector. În timpul asamblarii, alegeți joncțiunea colectorului datorită celei mai mari diferențe de potențial.

Asamblarea auto se face cel mai bine pe o suprafață plană din orice material dielectric.

Acele tranzistoare pe care urmează să le utilizați la crearea panourilor solare ar trebui verificate înainte de lucru. În aceste scopuri, luăm un multimetru simplu.Este necesar să comutați dispozitivul în modul de măsurare curent, să îl porniți între bază și colectorul sau emițătorul tranzistorului. Îndepărtăm indicatorul - de obicei dispozitivul arată un curent mic - fracțiuni de miliamp, mai rar puțin mai mult de 1 mA. În continuare, comutăm dispozitivul în modul de măsurare a tensiunii (limită 1-3 V) și obținem valoarea tensiunii de ieșire (va fi de aproximativ câteva zecimi de volt). Este de dorit să grupați tranzistoarele cu valori apropiate ale tensiunilor de ieșire.

Montare

Panourile solare sunt montate pe o structură specială, legătura cu care determină capacitatea fotocelulelor de a rezista oricăror condiții meteorologice nefavorabile, cum ar fi vântul puternic, ploaie sau zăpadă și, de asemenea, contribuie la formarea unghiului corect de înclinare.

Acest design este disponibil spre vânzare în următoarele versiuni:

• înclinat - astfel de sisteme sunt optime pentru instalarea pe un acoperiș înclinat;
• orizontală - acest design este atașat la acoperișurile plate;
• de sine stătătoare - bateriile de acest tip pot fi instalate pe acoperișuri de diferite tipuri și dimensiuni.

Procesul propriu-zis de instalare a bateriilor se realizează conform următoarei scheme:

pentru fixarea cadrului panoului sunt necesare pătrate metalice de 50x50 mm și, în plus, sunt necesare pătrate de 25x25 mm, care sunt folosite pentru grinzi de distanță.

Prezența acestor părți face posibilă obținerea rezistenței necesare și a stabilității fiabile a structurii de susținere și oferă, de asemenea, gradul de înclinare necesar;
trebuie să asamblați cadrul, pentru aceasta aveți nevoie de șuruburi de 6 și 8 m;
structura este fixată sub acoperiș cu știfturi de 12 mm;
se formează găuri mici în pătratele pregătite, se fixează panouri în ele și se folosesc șuruburi pentru o aderență mai puternică;
în timpul lucrărilor de instalare, trebuie acordată o atenție deosebită cadrului - nu ar trebui să existe distorsiuni în acesta. În caz contrar, poate apărea o supratensiune a sistemului, ceea ce va duce la crăparea sticlei.

Instalarea surselor solare de căldură și lumină pe logie sau pe balcon are loc după o schemă similară. Singura excepție este că cadrul este montat pe un plan înclinat. Se monteaza intre peretele portant principal al cladirii si capatul cladirii, intotdeauna pe partea insorita. Auto-asamblarea și instalarea panourilor solare de toate tipurile nu necesită experiență în lucrări de construcții, cu toate acestea, vor fi necesare în continuare unele abilități de instalare. Dacă doriți, puteți face singur instalarea în siguranță, totuși, înainte de aceasta, ar fi bine să citiți literatură specială despre caracteristicile instalării pales și să studiați cursurile de master disponibile pe Internet și, desigur, să vă stocați instrumentele necesare.

Avantajele lucrului cu propriile mâini sunt evidente - aceasta economisește o mulțime de bani pe serviciile specialiștilor, precum și o experiență extraordinară de care ați putea avea nevoie în viitor. În același timp, dacă abilitățile personale nu sunt suficiente, atunci nu numai că poți pierde timp, ci și să provoci ruperea panourilor sau eficiența lor scăzută.

Particularități

Astăzi, bateriile pe bază de policristale fotovoltaice sunt cele mai utilizate.Astfel de modele se disting printr-o combinație optimă de cost și cantitatea de energie eliberată, ele se caracterizează printr-o culoare albastră bogată și o structură cristalină a elementelor principale. Sunt foarte ușor de instalat, deoarece chiar și un maestru fără prea multă experiență de lucru poate face față instalării lor în casa sa privată și la cabana lor de vară. Panourile fotovoltaice monocristaline sunt al doilea ca popularitate.

Celulele solare, care sunt realizate din siliciu amorf, se caracterizează printr-o eficiență destul de scăzută. Cu toate acestea, prețurile lor sunt oarecum mai mici decât costul analogilor, așa că modelul este solicitat în rândul proprietarilor de case de țară. În acest moment, astfel de produse reprezintă 85% din piață. Nu se pot lăuda cu modificări de putere mare și telurura de cadmiu; producția lor se bazează pe o tehnică de film de înaltă tehnologie: câteva sute de micrometri dintr-o substanță sunt aplicate într-un strat subțire pe o suprafață durabilă. Este de remarcat faptul că la un nivel foarte scăzut de eficiență a produsului, puterea acestuia este destul de mare.

O altă opțiune pentru bateriile alimentate cu energie solară sunt soiurile bazate pe semiconductori CIGS. Ca și versiunea anterioară, acestea sunt produse folosind tehnologia filmului, cu toate acestea, eficiența lor este mult mai mare. Separat, merită să ne gândim la mecanismul de funcționare a surselor de căldură solară și de lumină. Principalul lucru este să realizați clar că cantitatea totală de energie generată nu poate depinde în niciun fel de gradul de eficiență al dispozitivului în sine, deoarece de obicei toate tipurile de astfel de dispozitive oferă o putere aproximativ identică.Principala diferență este că panourile care au eficiență maximă necesită mai puțin spațiu pentru instalare.

Panourile solare au urmatoarele avantaje:

• respectarea mediului înconjurător a instalației;
• perioadă lungă de utilizare, timp în care caracteristicile operaționale ale panourilor rămân constant ridicate;
• tehnologiile se defectează rar, deci nu necesită service și întreținere, precum și reparații costisitoare;
• utilizarea bateriilor pe bază de energie solară vă permite să reduceți costul energiei electrice și gazului în casă;
• panourile solare sunt extrem de ușor de utilizat.

Cu toate acestea, nu a fost lipsită de dezavantaje, printre cele mai semnificative sunt următoarele:

• panouri pentru trepte înalte;
• necesitatea instalării unei varietăți de echipamente suplimentare pentru a sincroniza eficient energia primită de la baterie și cea obținută din surse tradiționale;
• panourile nu pot fi folosite în contact cu astfel de aparate care necesită puteri mari.

9. Caracteristicile celulelor solare cu puncte cuantice

Ultimul tip promițător de baterii din viitorul apropiat este construit pe proprietățile punctelor cuantice fizice - incluziuni microscopice de semiconductori într-un anumit material. Geometric, aceste „puncte” au dimensiunea de câțiva nanometri și sunt distribuite în material astfel încât să acopere absorbția radiațiilor din întregul spectru solar – IR, lumină vizibilă și UV.

Un avantaj uriaș al unor astfel de panouri este capacitatea de a funcționa chiar și pe timp de noapte, generând aproximativ 40% din puterea maximă în timpul zilei.

Caracteristici fizice și tehnice, certificare și etichetare

Indiferent din ce sunt fabricate panourile solare, fiecare dintre ele are o serie de următoarele caracteristici importante:

• mecanic – parametri geometrici, greutate totală, tip de cadru, sticlă de protecție, număr de celule, tip și lățime conectori;
• electrice sau volt-amperi - puterea, tensiunea în circuit deschis, puterea curentului la sarcină maximă, eficiența panoului în ansamblu și a celulelor individuale în special;
• temperatura - modificarea eficienței cu creșterea temperaturii cu o anumită unitate de mărime (de obicei - 1 grad);
• calitate – durata de viață, rata de degradare a celulei, prezența în listele de rating Bloomberg;
• funcţional - necesitatea și ușurința întreținerii, ușurința instalării/demontării.

Panourile solare industriale, indiferent din ce materiale sunt fabricate, trebuie să fie certificate. Cerințele minime sunt certificate de calitate ISO, CE, TUV (internațional) și/sau Uniunea Vamală (când sunt vândute în cadrul acesteia).

Regulile internaționale de etichetare sunt, de asemenea, obligatorii. De exemplu, prescurtare CHN-350M-72 conține următoarele informații:

• CHN - identificatorul producătorului (în acest caz, ChinaLand chinez);
• 350 – puterea panoului în wați;
• M – desemnarea siliciului monocristal;
• 72 este numărul de celule fotovoltaice din modul.

Ce puteți face panouri solare cu propriile mâini acasă

Acest lucru necesită următoarele:

Schemă și calcule predesenate.
Un anumit număr de celule solare prefabricate - sunt cele mai ieftine de cumpărat online, de exemplu, pe site-ul Aliexpress sau în alte magazine online

Acordați atenție faptului că toate elementele au aceleași caracteristici electrice. Cadru de casă din cherestea și placaj - regulile de asamblare pot fi vizionate pe numeroase videoclipuri de pe net

Plexiglas sau plexiglas pentru acoperirea de protecție a suprafeței.
Vopsea și adeziv rezistent la căldură pentru prelucrarea suprafețelor din lemn.
Benzi de contact și fire pentru conectarea celulelor. Diagramele diferitelor metode de conectare pot fi studiate și pe Internet.
Fier de lipit și lipit. Lucrările de lipire trebuie efectuate cu mare atenție pentru a nu strica viitorul produs.
Adeziv siliconic și șuruburi autofiletante pentru fixarea bateriei prefabricate în cadru.

O baterie mică va necesita o investiție de aproximativ 30-50 USD, în timp ce o versiune din fabrică de aceeași capacitate va costa doar cu 10-20% mai mult.

Desigur, un astfel de design de casă nu va dura 25 de ani, nu va avea puterea unei centrale solare cu drepturi depline și nu se va putea lăuda cu o eficiență semnificativă. Cu toate acestea, costul său va fi cât se poate de minim.

Dispozitiv cu baterii solare

Pentru ca bateria solară să poată transforma lumina soarelui în curent, sunt necesare următoarele elemente:

1. Un strat fotovoltaic care joacă rolul unui semiconductor. Este reprezentat de două straturi de materiale cu conductivitate diferită. Aici, electronii sunt capabili să se deplaseze din regiunea p (+) în regiunea n (-). Aceasta se numește joncțiune p-n;
2. Un element este plasat între două straturi de semiconductori, ceea ce este în esență un obstacol în calea tranziției electronilor;
3. Sursă de putere. Este necesar să vă conectați la un element care împiedică transferul de electroni. Transformă mișcarea electronilor încărcați, adică. creează un curent electric.Acumulator baterie. Acumulează și stochează energie;
4. controler de încărcare. Funcția sa principală este de a conecta și deconecta bateria solară în funcție de nivelul de încărcare. Dispozitivele mai sofisticate sunt capabile să controleze nivelul maxim de putere;
5. convertor DC la AC (invertor);
6. Stabilizator de tensiune. Oferă protecție pentru sistemul de baterii solare împotriva supratensiunii.