Princip rada solarne baterije: kako je solarna ploča uređena i radi

vodeni sat

Ovu metodu upravljanja rotacijskim uređajem izumio je poduzetni kanadski student i odgovoran je za okretanje samo jedne osi, horizontalne.

Princip rada je također jednostavan i glasi:

1. Solarna baterija se postavlja u prvobitni položaj kada sunčeve zrake pogode fotoćeliju okomito.
2. Nakon toga se na jednu stranu pričvrsti posuda s vodom, a na drugu stranu neki predmet iste težine kao i posuda s vodom. Na dnu posude treba imati malu rupu.
3. Kroz njega će voda postupno istjecati iz spremnika, zbog čega će se težina smanjiti, a ploča će se polako naginjati prema protuutezi. Bit će potrebno eksperimentalno odrediti dimenzije rupe za spremnik.

Ova metoda je najjednostavnija.Osim toga, štedi se materijalna sredstva koja bi se potrošila na kupnju motora, kao u slučaju satnog mehanizma. Osim toga, možete sami ugraditi rotacijski mehanizam u obliku vodenog sata, čak i bez posebnih znanja.

Prednosti solarnih panela

Sunčeva energija je perspektivno područje koje se neprestano razvija. Imaju nekoliko glavnih prednosti. Jednostavnost korištenja, dug životni vijek, sigurnost i pristupačnost.

Pozitivni aspekti korištenja ove vrste baterija:

• Obnovljivi - ovaj izvor energije praktički nema ograničenja, štoviše, besplatan je. Barem sljedećih 6,5 milijardi godina. Potrebno je odabrati opremu, instalirati je i koristiti za namjeravanu svrhu (u privatnoj kući ili vikendici).
• Obilje – površina zemlje u prosjeku prima oko 120.000 teravata energije, što je 20 puta više od trenutne potrošnje energije. Solarni paneli za vikendice ili privatne kuće imaju ogroman potencijal za korištenje.
• Konstantnost - sunčeva energija je konstantna, pa čovječanstvu ne prijeti prekomjerna potrošnja u procesu njezine upotrebe.
• Dostupnost - solarna energija se može generirati u bilo kojem području, sve dok postoji prirodna svjetlost. Međutim, najčešće se koristi za grijanje kuće.
• Ekološka čistoća - solarna energija je perspektivna industrija koja će u budućnosti zamijeniti elektrane na neobnovljive izvore: plin, treset, ugljen i naftu. Sigurno za zdravlje ljudi i kućnih ljubimaca.

• Tijekom proizvodnje panela i ugradnje solarnih elektrana ne dolazi do značajnih emisija štetnih ili otrovnih tvari u atmosferu.
• Tiha – Proizvodnja električne energije je gotovo tiha, pa je ova vrsta elektrana bolja od vjetroelektrana. Njihov rad prati stalno zujanje, zbog čega oprema brzo pokvari, a zaposlenici moraju praviti česte pauze za odmor.
• Ekonomičan – kada koriste solarne ploče, vlasnici nekretnina doživljavaju značajno smanjenje komunalnih računa za električnu energiju. Ploče imaju dug vijek trajanja - proizvođač daje jamstvo na ploče od 20 do 25 godina. Istodobno, održavanje cijele elektrane svodi se na periodično (svakih 5-6 mjeseci) čišćenje površina panela od prljavštine i prašine.

Princip rada solarne baterije

Kao rezultat curenja naboja na granici p- i n-sloja, u n-sloju nastaje zona nekompenziranog pozitivnog naboja, a u p-sloju nastaje zona negativnog naboja, t.j. svima poznat iz školskog tečaja fizike p-n-spoj. Razlika potencijala koja se javlja pri prijelazu, kontaktna razlika potencijala (potencijalna barijera) sprječava prolaz elektrona iz p-sloja, ali slobodno prolazi manje nositelje u suprotnom smjeru, što omogućuje dobivanje foto-EMF-a pri udaru sunčeve svjetlosti. solarna ćelija.

Kada su izloženi sunčevoj svjetlosti, apsorbirani fotoni počinju stvarati neravnotežne parove elektron-rupa. Elektroni nastali u blizini prijelaza prelaze iz p-sloja u n-područje.

Slično, višak rupa i sloj n ulaze u p-sloj (slika a).Ispada da se u p-sloju nakuplja pozitivan naboj, a u n-sloju se nakuplja negativan naboj, što uzrokuje napon u vanjskom krugu (slika b). Strujni izvor ima dva pola: pozitivan - p-sloj i negativan - n-sloj.

Ovo je osnovni princip rada solarnih ćelija. Tako se čini da elektroni trče u krug, t.j. napustiti p-sloj i vratiti se u n-sloj, prolazeći kroz opterećenje (akumulator).

Fotoelektrični odljev u elementu s jednim spojem osiguravaju samo oni elektroni koji imaju energiju veću od širine određenog pojasa. Oni koji imaju manje energije ne sudjeluju u ovom procesu. Ovo ograničenje može se ukloniti višeslojnim strukturama koje se sastoje od više od jednog SC, u kojem pojasni razmak drugačiji. Nazivaju se kaskada, višeslojnica ili tandem. Njihova fotoelektrična pretvorba veća je zbog činjenice da takve solarne ćelije rade sa širim sunčevim spektrom. U njima se fotoćelije nalaze kako se širi pojas smanjuje. Sunčeve zrake prvo padaju na fotoćeliju s najširom zonom, dok dolazi do apsorpcije fotona s najvećom energijom.

Zatim, fotoni koji su prošli gornji sloj padaju na sljedeći element, i tako dalje. U području kaskadnih elemenata, glavni smjer istraživanja je korištenje galij arsenida kao jedne ili više komponenti. Takvi elementi imaju učinkovitost konverzije od 35%.Elementi su spojeni u bateriju, jer tehničke mogućnosti ne dopuštaju proizvodnju zasebnog elementa velike veličine (dakle, snage).

Solarne ćelije mogu raditi dugo vremena. Pokazali su se kao stabilan i pouzdan izvor energije, nakon što su testirani u svemiru, gdje im je glavna opasnost meteorska prašina i zračenje, koji dovode do erozije silicijevih elemenata. No, budući da na Zemlji ovi čimbenici nemaju tako negativan učinak na njih, može se pretpostaviti da će vijek trajanja elemenata biti još duži.

Solarni paneli već su na usluzi čovjeku jer su izvor energije za razne uređaje, od mobitela do električnih vozila.

I ovo je već drugi pokušaj čovjeka da obuzda bezgraničnu sunčevu energiju, prisiljavajući je da radi za njegovo dobro. Prvi pokušaj bio je stvoriti solarne kolektore, u kojima se električna energija proizvodila zagrijavanjem vode do točke vrenja koncentriranim sunčevim zrakama.

Prednost solarnih baterija je što izravno proizvode električnu energiju, gubeći mnogo manje energije od solarnih višestupanjskih kolektora, u kojima je proces dobivanja povezan s koncentracijom sunčevih zraka, zagrijavanjem vode, stvaranjem pare koja rotira parnu turbinu. , a tek nakon toga generiranje električne energije pomoću generatora. Glavni parametri solarnih panela - prije svega, snaga

Tada je važno koliko energije imaju

Ovaj parametar ovisi o kapacitetu baterija i njihovom broju. Treći parametar je vršna potrošnja, što znači broj istovremeno mogućih povezivanja uređaja.Drugi važan parametar je nazivni napon, koji određuje izbor dodatne opreme: pretvarač, solarna ploča, regulator, baterija.

Prednosti i nedostatci

Solarni paneli, kao i drugi uređaji, imaju svoje prednosti i nedostatke. Nedvojbene prednosti ovih sustava uključuju sljedeće:

• Mogućnost autonomnog rada omogućuje vam organiziranje napajanja objekata, elektroničkih uređaja i rasvjete, udaljenih na znatnoj udaljenosti od stacionarnih električnih mreža.
• Značajne uštede tijekom rada. Sunčeva svjetlost koja se pretvara u električnu energiju ne košta ništa i ne zahtijeva dodatne troškove. Morate platiti samo za pretvarače i baterije koje zahtijevaju povremenu zamjenu. Čak iu ovom slučaju, solarni paneli će se isplatiti za oko 10 godina s prosječnim jamstvenim rokom od 25-30 godina. Ako se pridržavate svih pravila rada, baterije mogu trajati i dulje.
• U usporedbi s konvencionalnim elektranama koje troše gorivo i zagađuju okoliš, shema rada solarnih panela je ekološki prihvatljiva i bez buke.

Međutim, ovi uređaji također imaju ozbiljne nedostatke, koje treba unaprijed uzeti u obzir u preliminarnim izračunima:

• Visoka cijena ne samo ploča, već i dodatnih komponenti - pretvarača, kontrolera, baterija.
• Isplata traje predugo. Novac se dugo povlači iz optjecaja.
• Solarni sustavi s fotonaponskim ćelijama zahtijevaju puno prostora.Često je u te svrhe potrebno koristiti ne samo cijeli krov, već i zidove zgrade, ozbiljno kršeći dizajnerske odluke. Dodatni prostor potreban je za baterije velikog kapaciteta, koje u nekim slučajevima mogu zauzeti cijelu prostoriju.
• Proces proizvodnje električne energije odvija se neravnomjerno, ovisno o dobu dana. Taj nedostatak kompenziraju punjive baterije, koje danju akumuliraju električnu energiju, a noću je daju potrošačima.

Tranzistori kao osnova svjetlosnih elemenata

Tranzistori su prikladni za našu namjenu, jer unutar njih se nalazi prilično veliki silicijski poluvodički element, koji će se koristiti za proizvodnju električne energije. Najbolje je odlučiti se za tranzistore kao što su KT ili P.

Počinjemo s radom. Prije svega, odrežemo metalni poklopac od potrebnog broja radio komponenti. To je lakše učiniti ako stegnete tranzistor u škripac i pažljivo ga izrežete pilom. Unutra ćete vidjeti ploču. Ovo je glavni dio našeg budućeg uređaja. Služit će nam kao fotoćelija.

Dio će imati tri kontakta: bazu, emiter i kolektor. Tijekom montaže odaberite kolektorski spoj zbog najveće razlike potencijala.

Montažu "uradi sam" najbolje je izvesti na ravnoj površini od bilo kojeg dielektričnog materijala.

One tranzistore koje ćete koristiti pri izradi solarnih panela treba provjeriti prije rada. U ove svrhe uzimamo jednostavan multimetar.Potrebno je prebaciti uređaj u trenutni način mjerenja, uključiti ga između baze i kolektora ili emitera tranzistora. Uklanjamo indikator - obično uređaj pokazuje malu struju - frakcije miliampera, rjeđe nešto više od 1 mA. Zatim uređaj prebacujemo u način mjerenja napona (ograničenje 1-3 V) i dobivamo vrijednost izlaznog napona (to će biti oko nekoliko desetinki volta). Poželjno je grupirati tranzistore sa bliskim vrijednostima izlaznih napona.

Montaža

Solarni paneli postavljeni su na posebnu konstrukciju, veza s kojom određuje sposobnost fotoćelija da izdrže sve nepovoljne vremenske uvjete, poput jakog vjetra, kiše ili snijega, a također doprinosi formiranju ispravnog kuta nagiba.

Ovaj dizajn je dostupan za prodaju u sljedećim verzijama:

• nagnuti - takvi su sustavi optimalni za ugradnju na kosi krov;
• horizontalno - ovaj dizajn je pričvršćen na ravne krovove;
• samostojeći - baterije ovog tipa mogu se ugraditi na krovove raznih vrsta i veličina.

Stvarni proces ugradnje baterija provodi se prema sljedećoj shemi:

za pričvršćivanje okvira ploče potrebni su metalni kvadrati veličine 50x50 mm, a osim toga potrebni su kvadrati od 25x25 mm koji se koriste za odstojne grede

Prisutnost ovih dijelova omogućuje postizanje potrebne čvrstoće i pouzdane stabilnosti potporne konstrukcije, a također daje potreban stupanj nagiba;
morate sastaviti okvir, za to su vam potrebni vijci veličine 6 i 8 m;
konstrukcija je pričvršćena ispod krovišta pomoću klinova od 12 mm;
u pripremljenim kvadratima formiraju se male rupe, u njih se učvršćuju ploče, a za jače prianjanje treba koristiti vijke;
tijekom instalacijskih radova posebnu pozornost treba obratiti na okvir - u njemu ne bi trebalo biti izobličenja. U suprotnom može doći do prenapona sustava, što će dovesti do pucanja stakla.

Ugradnja solarne topline i izvora svjetlosti na lođu ili na balkon odvija se prema sličnoj shemi. Jedina iznimka je da je okvir postavljen na nagnutu ravninu. Montira se između glavnog nosivog zida zgrade i kraja zgrade, uvijek na sunčanoj strani. Samostalna montaža i ugradnja solarnih panela svih vrsta ne zahtijeva iskustvo u građevinskim radovima, ali će ipak biti potrebne neke instalacijske vještine. Ako želite, možete sigurno obaviti instalaciju sami, međutim, prije toga bilo bi lijepo pročitati posebnu literaturu o značajkama ugradnje blijeda i proučiti majstorske tečajeve koji su dostupni na Internetu i, naravno, opskrbiti se potrebne alate.

Prednosti rada vlastitim rukama su očite - to štedi puno novca na uslugama stručnjaka, kao i ogromno iskustvo koje će vam možda trebati u budućnosti. Istodobno, ako osobne sposobnosti nisu dovoljne, tada ne samo da možete izgubiti vrijeme, već i uzrokovati lomljenje ploča ili njihovu nisku učinkovitost.

Osobitosti

Danas se najviše koriste baterije na bazi fotonaponskih polikristala.Takvi modeli odlikuju se optimalnom kombinacijom cijene i količine oslobođene energije, karakteriziraju ih bogata plava boja i kristalna struktura glavnih elemenata. Vrlo ih je jednostavno instalirati, jer se čak i majstor bez puno radnog iskustva može nositi s njihovom ugradnjom u svoju privatnu kuću i na njihovu ljetnu kućicu. Monokristalni fotonaponski paneli su drugi najpopularniji.

Solarne ćelije, koje su izrađene od amorfnog silicija, karakteriziraju prilično nisku učinkovitost. Međutim, njihove su cijene nešto niže od cijene analoga, pa je model tražen među vlasnicima seoskih kuća. U ovom trenutku takvi proizvodi zauzimaju 85% tržišta. Ne mogu se pohvaliti modifikacijama velike snage i kadmij telurida, njihova se proizvodnja temelji na visokotehnološkoj filmskoj tehnici: nekoliko stotina mikrometara tvari nanosi se u tankom sloju na izdržljivu površinu. Važno je napomenuti da je na vrlo niskoj razini učinkovitosti proizvoda njegova snaga prilično visoka.

Druga opcija za baterije na solarni pogon su CIGS poluvodičke vrste. Kao i prethodna verzija, proizvedeni su filmskom tehnologijom, međutim, njihova je učinkovitost mnogo veća. Zasebno, vrijedi se zadržati na mehanizmu rada sunčevih izvora topline i svjetlosti. Glavna stvar je jasno shvatiti da ukupna količina proizvedene energije ni na koji način ne može ovisiti o stupnju učinkovitosti samog uređaja, jer obično sve vrste takvih uređaja daju približno identičnu snagu.Glavna razlika je u tome što ploče koje imaju maksimalnu učinkovitost zahtijevaju manje prostora za svoju ugradnju.

Solarni paneli imaju sljedeće prednosti:

• ekološka prihvatljivost instalacije;
• dugo razdoblje uporabe, tijekom kojeg operativne značajke ploča ostaju dosljedno visoke;
• tehnologije se rijetko kvare, stoga im nije potreban servis i održavanje, kao ni skupi popravci;
• korištenje baterija na bazi sunčeve energije omogućuje smanjenje troškova električne energije i plina u kući;
• solarne ploče iznimno su jednostavne za korištenje.

No, ni to nije bilo bez nedostataka, među najznačajnijim su sljedeći:

• paneli za visoke pozornice;
• potreba za ugradnjom razne dodatne opreme za učinkovitu sinkronizaciju energije primljene iz baterije i energije dobivene iz tradicionalnih izvora;
• ploče se ne mogu koristiti u dodiru s uređajima koji zahtijevaju veliku snagu.

9. Značajke solarnih ćelija s kvantnim točkama

Posljednja obećavajuća vrsta baterija bliske budućnosti izgrađena je na svojstvima fizičkih kvantnih točaka - mikroskopskih inkluzija poluvodiča u određenom materijalu. Geometrijski gledano, te su "točke" veličine nekoliko nanometara i raspoređene su u materijalu tako da pokrivaju apsorpciju zračenja cijelog sunčevog spektra - IR, vidljive svjetlosti i UV zraka.

Velika prednost takvih panela je mogućnost rada čak i noću, stvarajući oko 40% maksimalne dnevne snage.

Fizičke i tehničke karakteristike, certificiranje i označavanje

Bez obzira od čega su izrađeni solarni paneli, svaki od njih ima niz sljedećih važnih karakteristika:

• mehanički – geometrijski parametri, ukupna težina, vrsta okvira, zaštitno staklo, broj ćelija, vrsta i širina konektora;
• električna ili volt-amperska - snaga, napon otvorenog kruga, jačina struje pri maksimalnom opterećenju, učinkovitost ploče u cjelini i pojedinih ćelija posebno;
• temperatura - promjena učinkovitosti s povećanjem temperature za određenu jedinicu veličine (obično - 1 stupanj);
• kvaliteta – vijek trajanja, stopa degradacije ćelije, prisutnost na Bloombergovim rejting listama;
• funkcionalna - potreba i jednostavnost njege, jednostavnost ugradnje / demontaže.

Industrijski solarni paneli, bez obzira od kojih materijala su izrađeni, moraju biti certificirani. Minimalni zahtjevi su certifikati kvalitete ISO, CE, TUV (međunarodni) i/ili Carinske unije (kada se prodaju unutar nje).

Međunarodna pravila označavanja također su obvezna. Na primjer, skraćenica CHN-350M-72 sadrži sljedeće informacije:

• CHN - identifikator proizvođača (u ovom slučaju, kineski ChinaLand);
• 350 – snaga ploče u vatima;
• M – oznaka monokristalnog silicija;
• 72 je broj fotonaponskih ćelija u modulu.

Što možete napraviti solarne ploče vlastitim rukama kod kuće

Za to je potrebno sljedeće:

Unaprijed nacrtana shema i izračuni.
Određeni broj montažnih solarnih ćelija - najjeftinije ih je kupiti online, na primjer, na web stranici Aliexpress ili u drugim online trgovinama

Obratite pozornost na činjenicu da svi elementi imaju iste električne karakteristike. Domaći okvir od drveta i šperploče - pravila za njegovu montažu mogu se pogledati na brojnim videozapisima na internetu

Pleksiglas ili pleksiglas za površinski zaštitni premaz.
Boja i ljepilo otporno na toplinu za obradu drvenih površina.
Kontaktne trake i žice za spajanje ćelija. Dijagrami različitih načina povezivanja mogu se proučavati i na internetu.
Lemilo i lemljenje. Radove na lemljenju treba izvoditi vrlo pažljivo kako ne bi pokvarili budući proizvod.
Silikonsko ljepilo i samorezni vijci za pričvršćivanje montažne baterije u okvir.

Mala baterija će zahtijevati oko 30-50 dolara ulaganja, dok će tvornička verzija istog kapaciteta koštati samo 10-20% više.

Naravno, takav domaći dizajn neće trajati 25 godina, neće imati snagu punopravne solarne elektrane i neće se moći pohvaliti značajnom učinkovitošću. Međutim, njegov će trošak biti što je moguće minimalniji.

Uređaj za solarnu bateriju

Da bi solarna baterija mogla pretvoriti sunčevu svjetlost u struju, potrebni su sljedeći elementi:

1. Fotonaponski sloj koji igra ulogu poluvodiča. Predstavljen je s dva sloja materijala različite vodljivosti. Ovdje se elektroni mogu kretati iz p (+) područja u n (-) regiju. To se zove p-n spoj;
2. Između dva sloja poluvodiča postavljen je element, koji je u biti prepreka prijelazu elektrona;
3. Izvor snage. Potrebno je spojiti se na element koji sprječava prijenos elektrona. Transformira kretanje nabijenih elektrona, t.j. stvara električnu struju.Akumulatorska baterija. Akumulira i pohranjuje energiju;
4. kontroler punjenja. Njegova glavna funkcija je spajanje i odspajanje solarne baterije na temelju razine napunjenosti. Sofisticiraniji uređaji mogu kontrolirati maksimalnu razinu snage;
5. DC u AC pretvarač (inverter);
6. Stabilizator napona. Pruža zaštitu sustava solarnih baterija od prenapona.