Принцип рада соларне батерије: како је соларни панел уређен и ради

водени сат

Овај метод управљања ротационим уређајем измислио је предузимљиви канадски студент и одговоран је за окретање само једне осе, хоризонталне.

Принцип рада је такође једноставан и гласи:

1. Соларна батерија се поставља у првобитни положај када сунчеви зраци погоде фотоћелију окомито.
2. Након тога се на једну страну причврсти посуда са водом, а на другу страну неки предмет исте тежине као и посуда са водом. Дно контејнера треба да има малу рупу.
3. Кроз њега ће вода постепено излазити из резервоара, због чега ће се тежина смањити, а плоча ће се полако нагињати према противтежи. Биће неопходно експериментално одредити димензије рупе за контејнер.

Овај метод је најједноставнији.Осим тога, штеди материјална средства која би се потрошила на куповину мотора, као у случају сатног механизма. Поред тога, можете сами да инсталирате ротациони механизам у облику воденог сата, чак и без посебних знања.

Предности соларних панела

Сунчева енергија је перспективна област која се стално развија. Имају неколико главних предности. Лакоћа употребе, дуг животни век, сигурност и приступачност.

Позитивни аспекти употребе ове врсте батерија:

• Обновљиви - овај извор енергије практично нема ограничења, штавише, бесплатан је. Барем у наредних 6,5 милијарди година. Неопходно је одабрати опрему, инсталирати је и користити за предвиђену сврху (у приватној кући или викендици).
• Обиље – Површина земље у просеку прима око 120.000 теравата енергије, што је 20 пута више од тренутне потрошње енергије. Соларни панели за викендице или приватне куће имају огроман потенцијал за употребу.
• Константност - соларна енергија је константна, тако да човечанству не прети прекомерна потрошња у процесу њеног коришћења.
• Доступност - соларна енергија се може генерисати у било којој области, све док има природног светла. Међутим, најчешће се користи за грејање куће.
• Еколошка чистоћа - соларна енергија је перспективна индустрија која ће у будућности заменити електране које раде на необновљивим изворима: гасу, тресету, угљу и нафти. Безбедан за здравље људи и кућних љубимаца.

• Приликом производње панела и постављања соларних електрана не долази до значајних емисија штетних или токсичних материја у атмосферу.
• Тиха – Производња електричне енергије је скоро нечујна, па је ова врста електрана боља од ветроелектрана. Њихов рад прати стално брујање, због чега опрема брзо поквари, а запослени морају да праве честе паузе за одмор.
• Економичан – када користе соларне панеле, власници некретнина доживљавају значајно смањење рачуна за комуналне услуге за струју. Панели имају дуг век трајања - произвођач даје гаранцију на панеле од 20 до 25 година. Истовремено, одржавање целе електране своди се на периодично (сваких 5-6 месеци) чишћење површина панела од прљавштине и прашине.

Принцип рада соларне батерије

Као резултат цурења наелектрисања на граници п- и н-слоја, у н-слоју се формира зона некомпензованог позитивног наелектрисања, а у п-слоју - зона негативног наелектрисања, тј. свима познат из школског курса физике п-н-спој. Разлика потенцијала која се јавља на прелазу, контактна разлика потенцијала (потенцијална баријера) спречава пролазак електрона из п-слоја, али слободно пролази мање носиоце у супротном смеру, што омогућава добијање фото-ЕМФ-а при удару сунчеве светлости. соларна ћелија.

Када су изложени сунчевој светлости, апсорбовани фотони почињу да стварају неравнотежне парове електрон-рупа. Електрони генерисани у близини прелаза прелазе из п-слоја у н-област.

Слично томе, вишак рупа и слој н улазе у п-слој (слика а).Испоставило се да се позитивно наелектрисање акумулира у п-слоју, а негативно у н-слоју, изазивајући напон у спољашњем колу (слика б). Извор струје има два пола: позитиван - п-слој и негативан - н-слој.

Ово је основни принцип рада соларних ћелија. Тако се чини да електрони трче у круг, тј. напустите п-слој и вратите се у н-слој, пролазећи кроз оптерећење (акумулатор).

Фотоелектрични одлив у елементу са једним спојем обезбеђују само они електрони који имају енергију већу од ширине одређеног појаса. Они који имају мање енергије не учествују у овом процесу. Ово ограничење се може уклонити вишеслојним структурама које се састоје од више од једног СЦ-а, у којем бандгап различит. Називају се каскада, вишеспојница или тандем. Њихова фотоелектрична конверзија је већа због чињенице да такве соларне ћелије раде са ширим сунчевим спектром. У њима се фотоћелије налазе како се шири појас смањује. Сунчеви зраци прво падају на фотоћелију са најширом зоном, док долази до апсорпције фотона са највећом енергијом.

Затим, фотони који пролазе поред горњег слоја падају на следећи елемент, и тако даље. У области каскадних елемената, главни правац истраживања је употреба галијум арсенида као једне или више компоненти. Такви елементи имају ефикасност конверзије од 35%.Елементи су повезани у батерију, јер техничке могућности не дозвољавају производњу посебног елемента велике величине (дакле, снаге).

Соларне ћелије могу да раде дуго времена. Они су се доказали као стабилан и поуздан извор енергије, након што су тестирани у свемиру, где су за њих главна опасност метеорска прашина и радијација, који доводе до ерозије силицијумских елемената. Али, пошто на Земљи ови фактори немају тако негативан утицај на њих, може се претпоставити да ће животни век елемената бити још дужи.

Соларни панели су већ на услузи човеку, као извор енергије за разне уређаје, од мобилних телефона до електричних возила.

И ово је већ други покушај човека да обузда безграничну сунчеву енергију, приморавајући је да ради за његово добро. Први покушај је био стварање соларних колектора, у којима се електрична енергија производила загревањем воде до тачке кључања концентрисаним сунчевим зрацима.

Предност соларних батерија је у томе што директно производе електричну енергију, губећи много мање енергије од соларних вишестепених колектора, код којих је процес добијања повезан са концентрацијом сунчевих зрака, загревањем воде, генерисањем паре која ротира парну турбину. , а тек након тога генерисање електричне енергије генератором. Главни параметри соларних панела - пре свега, снага

Тада је важно колико енергије имају

Овај параметар зависи од капацитета батерија и њиховог броја. Трећи параметар је вршна потрошња енергије, што значи број истовремено могућих прикључака уређаја.Још један важан параметар је називни напон, који одређује избор додатне опреме: инвертер, соларни панел, контролер, батерија.

Предности и мане

Соларни панели, као и други уређаји, имају своје предности и мане. Несумњиве предности ових система укључују следеће:

• Могућност аутономног рада вам омогућава да организујете напајање објеката, електронских уређаја и осветљења, удаљених на знатној удаљености од стационарних електричних мрежа.
• Значајне уштеде током рада. Сунчева светлост која се претвара у електричну енергију не кошта ништа и не захтева додатне трошкове. Морате платити само за претвараче и батерије које захтевају периодичну замену. Чак иу овом случају, соларни панели ће се исплатити за око 10 година са просечним гарантним роком од 25-30 година. Ако се придржавате свих правила рада, батерије могу трајати и дуже.
• У поређењу са конвенционалним електранама које троше гориво и загађују животну средину, шема рада соларних панела је еколошки прихватљива и без буке.

Међутим, ови уређаји такође имају озбиљне недостатке, које треба унапред узети у обзир у прелиминарним прорачунима:

• Висока цена не само панела, већ и додатних компоненти - претварача, контролера, батерија.
• Исплата траје предуго. Новац се дуго повлачи из оптицаја.
• Соларни системи са фотонапонским ћелијама захтевају много простора.Често је у ове сврхе неопходно користити не само цео кров, већ и зидове зграде, озбиљно кршећи дизајнерске одлуке. Додатни простор је потребан за батерије великог капацитета, које у неким случајевима могу заузети целу просторију.
• Процес генерисања електричне енергије одвија се неравномерно, у зависности од доба дана. Овај недостатак надокнађују пуњиве батерије, које током дана акумулирају електричну енергију, а ноћу је дају потрошачима.

Транзистори као основа лаких елемената

Транзистори су погодни за нашу намену, јер унутра имају прилично велики силицијумски полупроводнички елемент, који ће се користити за производњу електричне енергије. Најбоље је да се одлучите за транзисторе као што су КТ или П.

Почињемо са радом. Пре свега, одрежемо метални поклопац од потребног броја радио компоненти. Ово је лакше учинити ако стегнете транзистор у шкрипац и пажљиво га исечете тестером. Унутра ћете видети плочу. Ово је главни део нашег будућег уређаја. Служиће нам као фотоћелија.

Део ће имати три контакта: базу, емитер и колектор. Приликом монтаже изаберите колекторски спој због највеће разлике потенцијала.

Монтажу "уради сам" најбоље је извршити на равној површини од било ког диелектричног материјала.

Оне транзисторе које ћете користити приликом израде соларних панела треба проверити пре рада. За ове сврхе узимамо једноставан мултиметар.Неопходно је пребацити уређај у режим мерења струје, укључити га између базе и колектора или емитера транзистора. Уклањамо индикатор - обично уређај показује малу струју - фракције милиампера, ређе нешто више од 1 мА. Затим пребацимо уређај у режим мерења напона (ограничење 1-3 В), и добијамо вредност излазног напона (то ће бити око неколико десетина волта). Пожељно је груписати транзисторе са блиским вредностима излазних напона.

Монтажа

Соларни панели се монтирају на посебну конструкцију, веза са којом одређује способност фотоћелија да издрже све неповољне временске услове, као што су јак ветар, киша или снег, а такође доприноси формирању правилног угла нагиба.

Овај дизајн је доступан за продају у следећим верзијама:

• нагнути - такви системи су оптимални за уградњу на коси кров;
• хоризонтално - овај дизајн је причвршћен за равне кровове;
• самостојећи - батерије овог типа могу се уградити на кровове различитих врста и величина.

Стварни процес уградње батерија се одвија према следећој шеми:

за причвршћивање оквира панела потребни су метални квадрати величине 50к50 мм, а поред тога потребни су квадрати од 25к25 мм који се користе за одстојне греде

Присуство ових делова омогућава постизање потребне чврстоће и поуздане стабилности носеће конструкције, а такође даје потребан степен нагиба;
потребно је да саставите оквир, за то су вам потребни вијци величине 6 и 8 м;
конструкција је причвршћена испод кровног покривача помоћу клинова од 12 мм;
у припремљеним квадратима се формирају мале рупе, у њих се учвршћују панели, а за јаче приањање треба користити завртње;
током инсталационих радова посебну пажњу треба обратити на оквир - у њему не би требало бити изобличења. У супротном може доћи до пренапона система, што ће довести до пуцања стакла.

Уградња соларне топлоте и извора светлости на лођу или на балкон одвија се према сличној шеми. Једини изузетак је што је оквир монтиран на нагнутој равни. Монтира се између главног носећег зида зграде и краја објекта, увек на сунчаној страни. Самостална монтажа и уградња соларних панела свих врста не захтева искуство у грађевинским радовима, али ће и даље бити потребне неке вештине монтаже. Ако желите, можете безбедно да извршите инсталацију сами, међутим, пре тога би било лепо прочитати посебну литературу о карактеристикама уградње палеса и проучити мајсторске курсеве који су доступни на Интернету, и, наравно, залихе потребни алати.

Предности рада сопственим рукама су очигледне - ово штеди много новца на услугама стручњака, као и огромно искуство које ће вам можда требати у будућности. У исто време, ако личне способности нису довољне, онда не само да можете изгубити време, већ и узроковати ломљење панела или њихову ниску ефикасност.

Особености

Данас се највише користе батерије на бази фотонапонских поликристала.Такви модели се разликују по оптималној комбинацији трошкова и количине ослобођене енергије, одликују се богатом плавом бојом и кристалном структуром главних елемената. Веома их је лако инсталирати, јер чак и мајстор без великог радног искуства може да се носи са њиховом уградњом у своју приватну кућу и на викендици. Монокристални фотонапонски панели су други најпопуларнији.

Соларне ћелије, које се праве од аморфног силицијума, одликују се прилично ниском ефикасношћу. Међутим, њихове цене су нешто ниже од цене аналога, тако да је модел тражен међу власницима сеоских кућа. У овом тренутку, такви производи заузимају 85% тржишта. Не могу се похвалити великом снагом и модификацијама кадмијум телурида, њихова производња се заснива на високотехнолошкој филмској техници: неколико стотина микрометара супстанце се наноси у танком слоју на издржљиву површину. Важно је напоменути да је на веома ниском нивоу ефикасности производа његова снага прилично висока.

Друга опција за батерије на соларни погон су ЦИГС полупроводничке варијанте. Као и претходна верзија, они се производе помоћу филмске технологије, међутим, њихова ефикасност је много већа. Одвојено, вреди се задржати на механизму рада соларних извора топлоте и светлости. Главна ствар је да се јасно схвати да укупна количина произведене енергије не може ни на који начин зависити од степена ефикасности самог уређаја, јер обично све врсте таквих уређаја пружају приближно идентичну снагу.Главна разлика је у томе што панели који имају максималну ефикасност захтевају мање простора за уградњу.

Соларни панели имају следеће предности:

• еколошка прихватљивост инсталације;
• дуг период употребе, током којег оперативне карактеристике панела остају константно високе;
• технологије се ретко кваре, стога им није потребан сервис и одржавање, као ни скупе поправке;
• употреба батерија заснованих на соларној енергији омогућава вам да смањите трошкове електричне енергије и гаса у кући;
• соларни панели су изузетно лаки за употребу.

Међутим, ни то није било без недостатака, међу најзначајнијим су:

• панели високе сцене;
• потреба за уградњом различите додатне опреме за ефикасну синхронизацију енергије добијене из батерије и енергије добијене из традиционалних извора;
• панели се не могу користити у контакту са уређајима који захтевају велику снагу.

9. Особине соларних ћелија са квантним тачкама

Последњи обећавајући тип батерија блиске будућности изграђен је на својствима физичких квантних тачака - микроскопских инклузија полупроводника у одређеном материјалу. Геометријски, ове „тачке” су величине неколико нанометара и распоређене су у материјалу тако да покрију апсорпцију зрачења целог сунчевог спектра – ИР, видљиве светлости и УВ.

Огромна предност таквих панела је могућност рада чак и ноћу, генеришући око 40% максималне дневне снаге.

Физичке и техничке карактеристике, сертификација и обележавање

Без обзира од чега су направљени соларни панели, сваки од њих има низ следећих важних карактеристика:

• механички – геометријски параметри, укупна тежина, врста рама, заштитно стакло, број ћелија, врста и ширина конектора;
• електрични или волт-ампер - снага, напон отвореног кола, јачина струје при максималном оптерећењу, ефикасност панела у целини и појединачних ћелија посебно;
• температура - промена ефикасности са повећањем температуре за одређену јединицу величине (обично - 1 степен);
• квалитета – радни век, стопа деградације ћелија, присуство на Блоомберг листама рејтинга;
• функционална - потреба и лакоћа неге, лакоћа уградње / демонтаже.

Индустријски соларни панели, без обзира од којих материјала су направљени, морају бити сертификовани. Минимални захтеви су сертификати квалитета ИСО, ЦЕ, ТУВ (међународни) и/или Царинске уније (када се продају унутар ње).

Међународна правила означавања су такође обавезна. На пример, скраћеница ЦХН-350М-72 садржи следеће информације:

• ЦХН - идентификатор произвођача (у овом случају, кинески ЦхинаЛанд);
• 350 – снага панела у ватима;
• М – ознака монокристалног силицијума;
• 72 је број фотонапонских ћелија у модулу.

Шта можете направити соларне панеле својим рукама код куће

Ово захтева следеће:

Унапред нацртана шема и прорачуни.
Одређени број монтажних соларних ћелија - најјефтиније је купити на мрежи, на пример, на сајту Алиекпресс или у другим онлајн продавницама

Обратите пажњу на чињеницу да сви елементи имају исте електричне карактеристике. Домаћи оквир од дрвета и шперплоче - правила за његову монтажу могу се погледати на бројним видео записима на мрежи

Плексиглас или плексиглас за површински заштитни премаз.
Боја и лепак отпоран на топлоту за обраду дрвених површина.
Контактне траке и жице за повезивање ћелија. Дијаграми различитих метода повезивања могу се проучавати и на Интернету.
Лемило и лемљење. Радове на лемљењу треба обавити веома пажљиво како не би покварили будући производ.
Силиконски лепак и вијци за самопрезивање за причвршћивање монтажне батерије у раму.

Мала батерија ће захтевати око 30-50 долара улагања, док ће фабричка верзија истог капацитета коштати само 10-20% више.

Наравно, такав домаћи дизајн неће трајати 25 година, неће имати снагу пуноправне соларне електране и неће се моћи похвалити значајном ефикасношћу. Међутим, његов трошак ће бити што је могуће мањи.

Уређај за соларну батерију

Да би соларна батерија могла да претвори сунчеву светлост у струју, неопходни су следећи елементи:

1. Фотонапонски слој који игра улогу полупроводника. Представљају га два слоја материјала различите проводљивости. Овде, електрони могу да се крећу из п (+) региона у н (-) регион. Ово се зове п-н спој;
2. Између два слоја полупроводника постављен је елемент, који је у суштини баријера за прелаз електрона;
3. Извор снаге. Неопходно је повезати се са елементом који спречава пренос електрона. Трансформише кретање наелектрисаних електрона, тј. ствара електричну струју.Акумулаторска батерија. Акумулира и складишти енергију;
4. контролер пуњења. Његова главна функција је повезивање и искључивање соларне батерије на основу нивоа напуњености. Софистициранији уређаји су у стању да контролишу максимални ниво снаге;
5. ДЦ у АЦ претварач (инвертер);
6. Стабилизатор напона. Пружа заштиту за систем соларних батерија од напона.