Soarele este sursă inepuizabilă energie. Poate fi folosit prin arderea copacilor sau încălzirea apei în încălzitoarele solare, transformând căldura rezultată în energie electrică. Dar există dispozitive care transformă direct lumina soarelui în electricitate. Acestea sunt panouri solare.
Scopul aplicatiei
Există trei domenii de utilizare a energiei solare:
- Economie de energie. Panourile solare vă permit să abandonați alimentarea centralizată cu energie sau să reduceți consumul acesteia, precum și să vindeți surplusul de energie electrică companiei de furnizare a energiei.
- Furnizarea de energie electrică la instalațiile la care conectarea liniilor electrice este imposibilă sau neprofitabilă din punct de vedere economic. Aceasta ar putea fi o cabană de vară sau o cabană de vânătoare situată departe de liniile electrice. Astfel de dispozitive sunt, de asemenea, folosite pentru a alimenta lămpile în zone îndepărtate ale grădinii sau stații de autobuz.
- Sursa de alimentare pentru mobil si dispozitive portabile. Când faceți drumeții, excursii de pescuit și alte activități similare, este necesar să încărcați telefoane, camere foto și alte gadget-uri. Celulele solare sunt, de asemenea, folosite pentru aceasta.
Principiul de funcționare
Elementele celulelor solare sunt plachete de siliciu cu grosimea de 0,3 mm. Pe partea în care se lovește lumina, se adaugă bor în farfurie. Aceasta duce la apariția unui număr în exces de electroni liberi. Fosforul este adăugat pe revers, ceea ce duce la formarea de „găuri”. Granița dintre ele se numește joncțiune p-n. Când lumina lovește placa, ea „elimină” electronii pe partea din spate. Așa apare o diferență de potențial. Indiferent de dimensiunea elementului, o celulă dezvoltă o tensiune de 0,7 V. Pentru a crește tensiunea, acestea sunt conectate în serie și pentru a crește curentul - în paralel.
Opinia expertului
Alexey Bartosh
Specialist in reparatii si intretinere echipamente electrice si electronice industriale.
Pune o întrebare unui expertÎn unele modele, pentru a crește puterea, s-au instalat lentile deasupra elementelor sau s-a folosit un sistem de oglinzi. Odată cu scăderea costului bateriilor, astfel de dispozitive au devenit învechite.
Eficiența maximă a panoului, și deci puterea, se realizează atunci când lumina cade la un unghi de 90 de grade. La unele dispozitive staționare, bateria se rotește pentru a urma soarele, dar acest lucru crește foarte mult costul și face designul mai greu.
Principiul de funcționare al unei baterii solare Avantajele și dezavantajele utilizării bateriilor
Panourile solare, ca orice dispozitiv, au avantaje și dezavantaje legate de principiul de funcționare și caracteristicile de proiectare.
Avantajele panourilor solare:
- Autonomie. Vă permite să furnizați energie electrică către clădiri sau lămpi îndepărtate și să lucrați dispozitive mobile in conditii de drumetie.
- Economic. Lumina de la soare este folosită pentru a genera energie electrică, pentru care nu trebuie să plătiți. Prin urmare, sistemele fotovoltaice (sisteme fotovoltaice) se plătesc singure în 10 ani, ceea ce este mai puțin decât durata de viață de peste 30 de ani. În plus, 25-30 de ani sunt perioada de garantie, iar centrala fotovoltaică va continua să funcționeze după aceasta, aducând profit proprietarului. Desigur, este necesar să se țină cont de înlocuirea periodică a invertoarelor și bateriilor, dar totuși, utilizarea unei astfel de centrale electrice ajută la economisirea de bani.
- Prietenia mediului. În timpul funcționării, dispozitivele nu poluează mediul și nu fac zgomot, spre deosebire de centralele care funcționează cu alte tipuri de combustibil.
Pe lângă avantajele sale, FES are și dezavantaje:
- Preț mare. Un astfel de sistem este destul de scump, mai ales având în vedere prețul baterii reîncărcabile si invertoare.
- Perioada lungă de rambursare. Fondurile investite într-o centrală fotovoltaică se vor amortiza abia după 10 ani. Aceasta este mai mult decât cea mai mare parte a altor investiții.
- Sistemele fotovoltaice ocupă mult spațiu - întregul acoperiș și pereții unei clădiri. Acest lucru încalcă designul structurii. În plus, baterii capacitate mare ocupă o cameră întreagă.
- Generare neuniformă de energie. Puterea dispozitivului depinde de vreme și de ora zilei. Acest lucru este compensat prin instalarea bateriilor sau conectarea sistemului la rețea. Acest lucru vă permite să vindeți surplusul de energie electrică companiei electrice în timpul zilei în timpul zilei, iar noaptea, dimpotrivă, conectați echipamentul la sursa de alimentare centralizată.
Specificații tehnice: ce să cauți
Parametrul principal al unui sistem fotocelule este puterea. Tensiunea unei astfel de instalații atinge maximul în lumină puternică și depinde de numărul de elemente conectate în serie, care în aproape toate modelele este de 36. Puterea depinde de aria unui element și de numărul de lanțuri de 36 de bucăți. conectat în paralel.
Pe lângă bateriile în sine, este important să alegeți un controler de încărcare a bateriei și un invertor care convertește încărcarea bateriei în tensiune de rețea, precum și panourile în sine.
Bateriile au curent admisibil taxă, care nu trebuie depășită, altfel sistemul va eșua. Cunoscând tensiunea bateriei, este ușor să determinați puterea necesară pentru încărcare. Trebuie să fie mai mare decât puterea centralei solare, altfel într-o zi însorită o parte din energie va fi neutilizată.
Controlerul asigură încărcarea bateriilor și trebuie să aibă, de asemenea, puterea de a utiliza pe deplin energia soarelui.
Echipamentul care primește energie de la centrala solară este conectat la invertor, astfel încât puterea acestuia trebuie să corespundă cu puterea totală a aparatelor electrice.
Tipuri de panouri solare
Pe lângă dimensiune și putere, panourile diferă prin modul în care elementele individuale sunt realizate din silicon.
Aspect panouri mono- și policristaline Elemente din siliciu monocristalin
Celulele solare realizate din siliciu monocristalin au o formă pătrată cu colturi rotunjite. Acest lucru se datorează tehnologiei de fabricație:
- un cristal cilindric este crescut din siliciu topit cu un grad ridicat de puritate;
- după răcire, marginile cilindrului sunt tăiate, iar baza cercului ia forma unui pătrat cu colțuri rotunjite;
- blocul rezultat este tăiat în plăci de 0,3 mm grosime;
- bor și fosfor sunt adăugate pe plăci și benzi de contact sunt lipite de ele;
- din elemente gata făcute celula bateriei este asamblată.
Celula finită este fixată de bază și acoperită cu sticlă care transmite raze ultraviolete sau laminată.
Astfel de dispozitive se caracterizează prin cea mai mare eficiență și fiabilitate, prin urmare sunt instalate în locuri importante, de exemplu, în nave spațiale.
Fotocelule din siliciu multi-policristalin
Pe lângă elementele de cristal solide, există dispozitive în care celulele solare sunt realizate din siliciu policristalin. Tehnologia de producție este similară. Principala diferență este că în locul unui cristal rotund se folosește un bloc dreptunghiular, format dintr-un număr mare de cristale mici de diferite forme și dimensiuni. Prin urmare, elementele au formă dreptunghiulară sau pătrată.
Deșeurile din producția de microcircuite și fotocelule sunt luate ca materie primă. Îl face mai ieftin produs gata, dar îi degradează calitatea. Astfel de dispozitive au o eficiență mai mică - în medie 18% față de 20–22% pentru bateriile monocristaline. Cu toate acestea, problema alegerii este destul de complexă. U diferiți producători prețul unui kilowatt de putere pentru panourile monocristaline și policristaline poate fi același sau în favoarea oricărui tip de dispozitiv.
Fotocelule din siliciu amorf
ÎN anul trecut Bateriile flexibile, care sunt mai ușoare decât cele rigide, au devenit larg răspândite. Tehnologia lor de fabricație diferă de tehnologia de fabricație a panourilor mono și policristaline - straturi subțiri de siliciu cu aditivi sunt pulverizate pe o bază flexibilă, de obicei o tablă de oțel, până când se obține grosimea necesară. După aceasta, foile sunt tăiate, benzi conductoare sunt lipite de ele și întreaga structură este laminată.
Celule solare din siliciu amorf Eficiența unor astfel de baterii este de aproximativ 2 ori mai mică decât cea a structurilor rigide, cu toate acestea, acestea sunt mai ușoare și mai durabile datorită faptului că pot fi îndoite.
Astfel de dispozitive sunt mai scumpe decât cele convenționale, dar nu există nicio alternativă la ele în condiții de camping, când ușurința și fiabilitatea sunt de importanță primordială. Panourile pot fi cusute pe un cort sau rucsac și încărcați bateriile în timpul mișcării. Atunci când sunt pliate, astfel de dispozitive seamănă cu o carte sau un desen rulat care poate fi plasat într-o carcasă asemănătoare unui tub.
Pe lângă încărcarea dispozitivelor mobile din mers, în mașinile electrice și avioanele electrice sunt instalate panouri flexibile. Pe acoperiș, astfel de dispozitive urmează curbele plăcilor, iar dacă sticla este folosită ca bază, aceasta capătă un aspect colorat și poate fi introdusă într-o fereastră a casei sau în seră.
Regulator de încărcare pentru panouri solare
Conectarea directă a panoului la baterie are dezavantaje:
- Baterie cu Tensiune nominală 12 V se va încărca numai atunci când tensiunea la ieșirea fotocelulelor atinge 14,4 V, care este aproape de maxim. Aceasta înseamnă că o parte din timp bateriile nu vor fi încărcate.
- Tensiunea maximă a fotocelulelor este de 18 V. La această tensiune, curentul de încărcare a bateriei va fi prea mare, iar acestea se vor defecta rapid.
Pentru a evita aceste probleme, este necesar să instalați un controler de încărcare. Cele mai comune modele sunt PWM și MPRT.
Controler de încărcare PWM
Funcționarea controlerului PWM ( modularea lățimii impulsului- Engleză modularea lățimii impulsului - PWM) acceptă presiune constantă la iesire. Acest lucru asigură încărcarea maximă a bateriei și o protejează de supraîncălzire în timpul încărcării.
Regulator de încărcare MPPT
Controlerul MPPT (Maximum power point tracker) oferă o tensiune de ieșire și o valoare a curentului care permite utilizarea maximă a potențialului bateriei solare, indiferent de luminozitatea luminii solare. La luminozitate redusă el ridică lumina tensiunea de iesire la nivelul necesar pentru încărcarea bateriilor.
Un astfel de sistem se găsește în toate invertoarele și controlerele de încărcare moderne
Tipuri de baterii utilizate în baterii
Tipuri diferite baterii care pot fi folosite pentru panouri solare baterii - element important Sisteme de alimentare cu energie solară 24/7 pentru casa dumneavoastră.
În astfel de dispozitive sunt utilizate următoarele tipuri de baterii:
- incepator;
- gel;
- baterii AGM;
- baterii inundate (OPZS) și sigilate (OPZV).
Alte tipuri de baterii, cum ar fi alcaline sau litiu, sunt scumpe și rar utilizate.
Toate aceste tipuri de dispozitive trebuie să funcționeze la temperaturi de la +15 la +30 de grade.
Baterii de pornire
Cel mai comun tip de baterie. Sunt ieftine, dar au un curent mare de auto-descărcare. Prin urmare, după câteva zile înnorate, bateriile se vor descărca chiar și fără sarcină.
Dezavantajul unor astfel de dispozitive este că gazul este eliberat în timpul funcționării. Prin urmare, acestea trebuie instalate într-o zonă nerezidenţială, bine ventilată.
În plus, durata de viață a acestor baterii este de până la 1,5 ani, în special cu mai multe cicluri de încărcare-descărcare. Prin urmare, pe termen lung, aceste dispozitive vor fi cele mai scumpe.
Baterii cu gel
Bateriile cu gel sunt produse fără întreținere. Nu există emisii de gaze în timpul funcționării, astfel încât acestea pot fi instalate în camere de zi și încăperi fără ventilație.
Astfel de dispozitive oferă un curent de ieșire mare, au o capacitate mare și un curent de autodescărcare scăzut.
Lipsa unor astfel de dispozitive în preț mare si durata de viata scurta.
baterii AGM
Aceste baterii au o durată de viață scurtă, dar au multe avantaje:
- fără emisii de gaze în timpul funcționării;
- dimensiuni mici;
- un număr mare (aproximativ 600) de cicluri de încărcare-descărcare;
- încărcare rapidă (până la 8 ore);
- funcționează bine chiar și atunci când nu este încărcat complet.
Bateria AGM din interior Baterii inundate (OPZS) și sigilate (OPZV).
Astfel de dispozitive sunt cele mai fiabile și au cea mai lungă durată de viață. Ei au curent slab autodescărcare și intensitate energetică ridicată.
Aceste calități fac ca astfel de dispozitive să fie cele mai populare pentru instalarea în sistemele fotocelule.
Cum se determină dimensiunea și numărul fotocelulelor?
Dimensiunea și numărul necesar de fotocelule depind de tensiunea, curentul și puterea care urmează să fie extrase din baterie. Tensiunea unui element într-o zi însorită este de 0,5 V. Când este înnorat, este mult mai scăzută. Prin urmare, pentru a încărca bateriile de 12 V, sunt conectate în serie 36 de fotocelule. În consecință, bateriile de 24 V necesită 72 de celule și așa mai departe. Numărul lor total depinde de aria unui element și de puterea necesară.
unu metru patrat Zona bateriei, ținând cont de eficiență, poate produce aproximativ 150 W. Mai precis, se poate determina din cărțile de referință meteorologice care arată cantitatea de radiație solară la locul de instalare al unei centrale solare sau pe internet. Eficiența dispozitivului este indicată în pașaport.
Când faceți fotovoltaice cu propriile mâini, numărul necesar de elemente este determinat de puterea unui element într-un anumit climat, ținând cont de eficiență.
Calculul numărului de panouri solare se bazează pe energia electrică necesară Eficiența panourilor solare iarna
În ciuda faptului că soarele răsare mai jos iarna, fluxul de lumină scade ușor, mai ales după căderea zăpezii.
Există trei motive principale pentru care celulele solare sunt mai puțin eficiente iarna:
- Unghiul de incidență al razelor se modifică. Pentru a menține puterea, unghiul bateriei trebuie schimbat cel puțin o dată pe sezon, și de preferință lunar.
- Zăpada, în special zăpada umedă, se lipește de suprafața dispozitivului. Trebuie îndepărtat imediat după ce a căzut.
- Iarna, există mai puține ore de lumină și mai multe zile înnorate. Este imposibil să schimbați acest lucru, așa că trebuie să calculați puterea bateriei pe baza minimului de iarnă.
Reguli de instalare
Puterea maxima a panoului se realizeaza intr-o pozitie in care razele soarelui cad perpendicular. Acest lucru trebuie luat în considerare în timpul instalării. De asemenea, este important să luați în considerare în ce moment al zilei este minimă înnorarea. Dacă unghiul acoperișului și poziția acestuia nu îndeplinesc cerințele, acesta poate fi corectat prin reglarea bazei.
Ar trebui să existe un spațiu de aer de 15-20 de centimetri între baterie și acoperiș. Acest lucru este necesar pentru a permite ploii să curgă și pentru a preveni supraîncălzirea.
Celulele fotovoltaice nu funcționează bine la umbră, așa că ar trebui să evitați plasarea lor la umbra clădirilor sau a copacilor.
Centralele electrice realizate din fotocelule solare sunt o sursă promițătoare de energie ecologică. Utilizarea lor pe scară largă va rezolva problemele legate de deficitul de energie, poluarea mediu inconjuratorși efectul de seră.
Relativ recent, însăși ideea de a oferi servicii private a fost considerată fantastică, astăzi este o realitate obiectivă. Folosit deja în Europa perioadă lungă de timp, deoarece este o sursă practic inepuizabilă de energie ieftină. În țara noastră, obținerea energiei electrice de la astfel de dispozitive doar câștigă popularitate. Acest proces nu se întâmplă prea repede, iar motivul pentru aceasta este - preț mare al lor.
Principiul de funcționare se bazează pe faptul că în două plachete de siliciu acoperite cu substanțe diferite (bor și fosfor), sub influența luminii solare, electricitate. Electronii liberi apar într-o placă acoperită cu fosfor.
Particulele lipsă se formează în acele plăci care sunt acoperite cu bor. Electronii încep să se miște sub influența luminii de la soare. Așa se generează curent electric în panourile solare. Șuvițele subțiri de cupru care acoperă fiecare baterie îndepărtează curentul din ea și o direcționează către scopul propus.
Cu o singură placă puteți alimenta un bec mic. Concluzia se sugerează de la sine. Pentru ca panourile solare să asigure o casă cu putere suficientă, suprafața acestora trebuie să fie destul de mare.
Mecanisme de siliciu
Deci, principiul de funcționare al unei baterii solare este clar. Curentul este generat atunci când plăcile speciale sunt expuse la lumina ultravioletă. Dacă siliciul este folosit ca material pentru a crea astfel de plăci, atunci bateriile se numesc siliciu (sau siliciu hidrogen).
Astfel de napolitane necesită sisteme de producție foarte complexe. Acest lucru, la rândul său, afectează foarte mult costul produselor.
Există diferite tipuri de siliciu.
Convertoare monocristaline
Sunt panouri cu colțuri teșite. Culoarea lor este întotdeauna negru pur.
Dacă vorbim despre convertoare monocristaline, principiul de funcționare al unei baterii solare poate fi descris pe scurt ca fiind moderat eficient. Toate celulele elementelor fotosensibile ale unei astfel de baterii sunt direcționate într-o singură direcție.
Acest lucru vă permite să obțineți la maximum rezultat ridicat printre sisteme similare. Eficiența bateriilor de acest tip ajunge la 25%.
Dezavantajul este că astfel de panouri ar trebui să fie întotdeauna orientate spre soare.
Dacă soarele se ascunde în spatele norilor, se scufundă spre orizont sau nu a răsărit încă, atunci bateriile vor produce un curent destul de slab.
Policristalină
Plăcile acestor mecanisme sunt întotdeauna pătrate și albastre închis. Compoziția lor de suprafață include cristale de siliciu neomogene.
Eficiența bateriilor policristaline nu este la fel de mare ca cea a modelelor monocristaline. Poate ajunge la 18%. Cu toate acestea, acest dezavantaj este compensat de avantajele, care vor fi discutate mai jos.
Principiul de funcționare al acestui tip de celule solare le permite să fie fabricate nu numai din siliciu pur, ci și din materiale reciclate. Așa se explică unele dintre defectele găsite la echipament. Trăsătură distinctivă mecanisme de acest tip este că pot genera curent electric destul de eficient chiar și pe vreme înnorată. Această calitate utilă le face indispensabile în locurile în care lumina difuză a soarelui este o întâmplare obișnuită de zi cu zi.
Panouri din silicon amorf
Panourile amorfe sunt mai ieftine decât altele; acest lucru determină principiul de funcționare al bateriei solare și designul acesteia. Fiecare panou este format din mai multe straturi foarte subtiri de siliciu. Sunt realizate prin pulverizarea particulelor de material în vid pe folie, sticlă sau plastic.
Eficiența panourilor este semnificativ mai mică decât cea a modelelor anterioare. Se ajunge la 6%. Straturile de siliciu se estompează destul de repede la soare. După doar șase luni de utilizare a acestor baterii, eficiența lor va scădea cu 15% și uneori cu până la 20%.
Doi ani de funcționare vor epuiza complet resursele de substanțe active, iar panoul va trebui înlocuit.
Dar există două avantaje din cauza cărora aceste baterii sunt încă achiziționate. În primul rând, funcționează chiar și pe vreme înnorată. În al doilea rând, după cum am menționat, nu sunt la fel de scumpe ca alte opțiuni.
Fotoconvertitoare hibride
Siliciul amorf este baza pentru aranjarea microcristalelor. Principiul de funcționare al unei celule solare o face similar cu un panou policristalin. Diferența dintre acest tip de baterie este că este capabilă să genereze curent electric de putere mai mare în condiții de lumină difuză a soarelui, de exemplu, într-o zi înnorată sau în zori.
În plus, bateriile funcționează nu numai sub influența luminii solare, ci și în spectrul infraroșu.
Convertoare solare cu film polimeric
Această alternativă la panourile de siliciu are potențialul de a domina piața celulelor solare. Ele seamănă cu un film format din mai multe straturi. Printre acestea se numără conductori, un strat de polimer al substanței active, un substrat din substanțe organice și o peliculă de protecție.
Astfel de celule solare, combinate între ele, formează o baterie solară cu film tip rolă. Aceste panouri sunt mai ușoare și mai compacte decât panourile din silicon. Siliciul scump nu este folosit la fabricarea lor, iar procesul de producție în sine nu este atât de costisitor. Acest lucru face ca panoul rulant să fie mai ieftin decât toate celelalte.
Principiul de funcționare al unei baterii solare face ca eficiența acestora să nu fie prea mare.
Se ajunge la 7%.
Procesul de fabricație al panourilor de acest tip se reduce la imprimarea în mai multe straturi a unei celule foto pe film. Producția este stabilită în Danemarca.
Un alt avantaj este capacitatea de a tăia bateria ruloului și de a o personaliza la orice dimensiune și formă.
Există doar un minus. Bateriile tocmai au început să fie produse, așa că este încă destul de dificil să le achiziționați.
Dar există motive să credem că aceste elemente vor dobândi rapid o binemeritată bună reputație în rândul consumatorilor, ceea ce va oferi producătorilor posibilitatea de a înființa producția la scară mai mare.
Încălzirea solară a caselor
Principiul de funcționare le distinge în mod fundamental de toate dispozitivele descrise mai sus. Acesta este un dispozitiv complet diferit. Descrierea urmează mai jos.
Detaliul principal sistem de incalzire, alimentat de energie solară, este un colector care își primește lumina și o transformă în energie cinetică. Suprafața acestui element poate varia de la 30 la 70 de metri pătrați.
Pentru montarea colectorului se folosesc echipamente speciale. Plăcile sunt conectate între ele prin contacte metalice.
Următoarea componentă a sistemului este cazanul de stocare. Transformă energia cinetică în energie termică. Este implicat în încălzirea apei, a cărei deplasare poate ajunge la 300 de litri. Uneori, astfel de sisteme sunt susținute de cazane suplimentare cu combustibil uscat.
Sistemul de încălzire solară este completat de elemente de perete și pardoseală, în care lichidul încălzit circulă prin țevi subțiri de cupru distribuite pe toată suprafața lor. Datorită temperaturii scăzute de pornire a panourilor și uniformității transferului de căldură, camera se încălzește destul de repede.
Cum funcționează încălzirea solară?
Să aruncăm o privire mai atentă la modul în care funcționează panourile solare folosind lumina ultravioletă.
Apare o diferență între temperatura colectorului și a elementului de stocare. Lichidul de răcire, care este cel mai adesea apă la care a fost adăugat antigel, începe să circule în jurul sistemului. Lucrul efectuat de un fluid este tocmai energie cinetică.
Pe măsură ce fluidul trece prin straturile sistemului, energia cinetică este transformată în căldură, care este folosită pentru a încălzi casa. Acest proces de circulație a mediilor asigură încăperii căldură și permite păstrarea acesteia în orice moment al zilei sau anului.
Deci, am aflat principiul de funcționare al panourilor solare.
Aproape 100% din toată energia pe care o folosim Viata de zi cu zi- Aceasta este energia soarelui, într-un fel sau altul transformată. Cărbunele este plante moarte care au trăit datorită fotosintezei, uleiul sunt plante și animale care au dispărut cu milioane de ani în urmă și au crescut datorită energiei soarelui. Chiar și atunci când ardeți lemn, eliberați energia solară pe care a absorbit-o lemnul. De fapt, orice centrală termică transformă energia solară acumulată sub formă de cărbune, petrol, gaz și alte fosile în energie electrică.
Panoul solar face acest lucru direct, fără participarea „intermediarilor”. Electricitatea este cea mai convenabilă formă de utilizare a energiei solare. Întreaga viață a omenirii este acum construită în jurul electricității și este foarte dificil să ne imaginăm civilizația fără ea. În ciuda faptului că primele celule solare au apărut în urmă cu mai bine de jumătate de secol, energia solară nu și-a găsit încă o distribuție adecvată. De ce? Mai multe despre asta la sfârșitul articolului, dar deocamdată să ne dăm seama cum funcționează totul.
Totul tine de siliciu
Bateriile solare sunt formate din celule dimensiune mai mică– fotocelule care sunt fabricate din siliciu.
Un panou solar este format din mai multe fotocelule.
Important. Siliciul este cel mai comun semiconductor de pe Pământ (aproximativ 30% din întreaga scoarță terestră)
Siliciul este situat între două straturi conductoare.
„Sandwich” din siliciu și straturi conductoare
Fiecare atom de siliciu este conectat la vecinii săi prin patru legături puternice care țin electronii în loc, astfel încât curentul nu poate circula în acest fel.
Structura atomilor de siliciu
Pentru a obține curent se folosesc două straturi diferite de siliciu:
- Siliciul de tip N are un exces de electroni
- Siliciu de tip P - locuri suplimentare pentru electroni (găuri)
Siliciu de tip P și N
Acolo unde sunt conectate două tipuri de siliciu, electronii se pot deplasa prin joncțiunea P-N, lăsând o sarcină pozitivă pe o parte și o sarcină negativă pe cealaltă.
Pentru a face acest lucru mai ușor de imaginat, este mai bine să ne gândim la lumină ca la un flux de particule (fotoni) care lovește celula noastră atât de tare încât scoate un electron din legătura sa, lăsând o gaură. Electronul încărcat negativ și locul găurii încărcate pozitiv se pot mișca acum liber, dar pentru că avem un câmp electric pornit Joncţiunea P-N, se mișcă într-o singură direcție. Electronul merge spre N-conductor, gaura tinde spre partea P a plăcii.
După ce a fost „eliberat”, electronul tinde spre conductor
Toți electronii sunt colectați de conductori metalici din partea superioară a celulei și intră în rețea externă, alimentând pantografe, baterii pentru panouri solare sau un scaun electric pentru un hamster :) . După munca efectuată, electronii revin la partea din spate plăcile ocupă spațiu chiar în acele „găuri”.
Funcționare fotocelulă
O placă standard, 150x150 mm, produce nominal doar 0,5 volți, dar dacă le combinați într-un singur panou mare, puteți obține mai multă putere și tensiune. Pentru a încărca un telefon mobil, trebuie să combinați 12 astfel de plăci. Pentru a alimenta o casă, trebuie să cheltuiți mult mai multe plăci și panouri.
Datorită faptului că singura parte în mișcare a celulelor solare sunt electronii, panourile solare nu necesită întreținere și pot rezista 20-25 de ani fără a se uza sau a se rupe.
De ce oamenii nu au trecut complet la energia solară?
Puteți vorbi mult despre politică, afaceri și alte teorii ale conspirației, dar în cadrul acestui articol aș vrea să vorbesc despre alte probleme.
- Distribuția neuniformă a energiei solare pe suprafața planetei. Unele zone sunt mai însorite decât altele și acest lucru este, de asemenea, variabil. Există mult mai puțină energie solară în zilele înnorate și deloc pe timp de noapte. Și pentru a te baza pe deplin pe energia solară, ai nevoie moduri eficiente obtinerea de energie electrica pentru toate zonele.
- Eficienţă În condiții de laborator, s-a obținut un rezultat de 46%. Dar sisteme comerciale nu atinge nici măcar 25% eficiență.
- Depozitare. Cea mai slabă verigă a energiei solare este lipsa unei modalități eficiente și ieftine de stocare a energiei electrice generate. Bateriile existente sunt grele și reduc semnificativ eficiența unei performanțe deja slabe sistem solar. În general, depozitarea a 10 tone de cărbune este mai ușoară și mai convenabilă decât 46 de megawați generați de același cărbune sau de soare.
- Infrastructură. Pentru a alimenta megaorașe, suprafețele acoperișurilor acestor orașe nu vor fi suficiente pentru a satisface toate cerințele, așa că pentru implementare energie solara este necesar să transportăm energie, iar pentru aceasta este necesară construirea de noi instalații energetice
Videoclip despre cum sunt produse panourile solare.
Videoclipul descrie în detaliu procesul de fabricație al celulelor solare policristaline, principiul funcționării acestora într-un sistem de centrală solară și principiul de funcționare al regulatorului de încărcare și al invertorului.
În mediile profesionale, panourile care transformă lumina solară în energie electrică sunt numite convertoare fotovoltaice, care sunt denumite în mod obișnuit panouri solare în mod colocvial sau atunci când scriu articole care sunt de înțeles publicului larg. Principiul de funcționare al acestor dispozitive, ale căror primele copii de lucru au apărut cu mult timp în urmă, este de fapt destul de simplu de înțeles de către o persoană care are doar cunoștințe de la școală.
Nu este un secret pentru nimeni că o joncțiune pn poate transforma lumina în electricitate. În experimentele școlare, ei efectuează adesea un experiment cu un tranzistor cu capacul superior întrerupt, permițând luminii să cadă pe joncțiunea pn. Prin conectarea unui voltmetru la acesta, puteți înregistra modul în care un astfel de tranzistor emite un curent electric mic atunci când este iradiat cu lumină. Și dacă creșteți zona p-n tranziție, ce se va întâmpla în acest caz? În cursul experimentelor științifice din ultimii ani, experții au fabricat o joncțiune p-n cu plăci de suprafață mare, dând astfel naștere unor convertoare fotovoltaice numite celule solare.
Principiul de funcționare al panourilor solare moderne a fost păstrat, în ciuda istoriei lungi a existenței lor. Doar designul și materialele utilizate în producție au suferit îmbunătățiri, datorită cărora producătorii cresc treptat acest lucru parametru important, ca factor de conversie fotoelectrică sau eficiență a dispozitivului. De asemenea, merită spus că mărimea curentului de ieșire și a tensiunii bateriei solare depinde direct de nivelul de iluminare externă care o afectează.
În poza de mai sus puteți vedea că partea de sus stratul p-n joncțiunea, care are un exces de electroni, este conectată la plăci metalice care acționează ca electrod pozitiv, transmitand lumina si conferind elementului o rigiditate suplimentara. Stratul inferior din designul celulei solare are o lipsă de electroni și un solid placa metalica, îndeplinind funcția de electrod negativ.
Tehnologia folosită pentru a face o baterie solară afectează eficiența acesteia
Se crede că în mod ideal baterie solară are un randament apropiat de 20%. Cu toate acestea, în practică și conform specialiștilor de pe site-ul www.site, este aproximativ egal cu doar 10%, în ciuda faptului că pentru unele panouri solare este mai mult, pentru altele este mai puțin. Acest lucru depinde în principal de tehnologia utilizată pentru realizarea joncțiunii p-n. Cele mai populare și cu cel mai mare procent de eficiență continuă să fie bateriile solare realizate pe bază de siliciu monocristalin sau policristalin. Mai mult decât atât, acestea din urmă devin din ce în ce mai des întâlnite datorită relativ ieftinității lor. Ce tip de construcție aparține o baterie solară poate fi determinat cu ochiul liber. Convertizoarele de lumină monocristalină au o culoare exclusiv negru-gri, în timp ce modelele bazate pe siliciu policristalin se disting printr-o suprafață albastră. Celulele solare policristaline realizate prin turnare s-au dovedit a fi mai ieftin de produs. Cu toate acestea, napolitanele poli- și monocristaline au, de asemenea, un dezavantaj - modelele de celule solare bazate pe acestea nu au flexibilitate, ceea ce în unele cazuri nu va strica.
Situația s-a schimbat odată cu apariția celulelor solare cu siliciu amorf în 1975, element activ care are o grosime de 0,5 până la 1 micron, oferindu-le flexibilitate. Grosimea elementelor convenționale din siliciu ajunge la 300 de microni. Cu toate acestea, în ciuda absorbției de lumină a siliciului amorf, care este de aproximativ 20 de ori mai mare decât cea a siliciului convențional, eficiența celulelor solare de acest tip, și anume eficiența, nu depășește 12%. Pentru opțiunile mono- și policristaline, cu toate acestea, poate ajunge la 17%, respectiv 15%.
Materialul din care sunt realizate plăcile afectează performanța celulelor solare
Siliciul pur nu este practic utilizat la producerea de plachete pentru celule solare. Cel mai adesea, borul este folosit ca impurități pentru fabricarea unei plăci care produce o sarcină pozitivă și arsenul pentru plăcile încărcate negativ. Pe lângă acestea, componente precum arseniura, galiu, cuprul, cadmiul, telurura, seleniul și altele sunt din ce în ce mai folosite în producția de celule solare. Datorită acestora, panourile solare devin mai puțin sensibile la schimbările de temperatură ambientală.
Majoritatea panourilor solare pot stoca energie, reprezentând sisteme
ÎN lumea modernă Bateriile solare sunt folosite din ce în ce mai puțin separat de alte dispozitive, reprezentând adesea așa-numitele sisteme. Având în vedere că celulele fotovoltaice produc energie electrică doar atunci când sunt expuse direct la lumina soarelui sau la lumină, ele devin practic inutile noaptea sau într-o zi înnorată. Cu sistemele solare, lucrurile stau altfel. Acestea sunt echipate cu o baterie care poate acumula curent electric în timpul zilei, când bateria solară îl produce, iar noaptea, sarcina acumulată poate fi distribuită consumatorilor.
Pentru a crește puterea, tensiunea de ieșire și curentul, panourile solare sunt folosite pentru a crea panouri în care elementele individuale sunt conectate în serie sau paralel.
Probabil ați observat că un calculator obișnuit funcționează cu iluminare minimă de la orice lampă. Compararea dimensiunii celulei solare a unui calculator și a unuia standard modul solar, puterea de radiație, vă puteți imagina performanța.
Și acest lucru nu ține cont de spectrul luminii solare, care este mult mai larg decât radiația vizibilă a lămpii. Există atât infraroșu, cât și ultraviolete. Acest exemplu arată clar cum o baterie solară, de la zori până la amurg, își face treaba în tăcere. Deși eficiența pe vreme înnorată este în mod natural mai mică decât pe vreme însorită.
De asemenea, cu cât temperatura mediului ambiant este mai scăzută, cu atât este mai mare Eficiența solară baterii.
Funcționare cu baterie solară
În zilele noastre, panourile solare sunt din ce în ce mai folosite nu în industria spațială, ci în viața de zi cu zi pentru a alimenta și încărca portabile. dispozitive electronice. Și în unele țări, energia solară este deja utilizată în mod activ nu numai în marile centrale solare industriale. dar si in mini-instalatii electrice de acasa. Să luăm în considerare principiul de funcționare al unei baterii solare. Cum se transformă energia luminoasă de la soare în energie electrică? Multora li se poate parea ca principiul transformarii energiei luminoase in energie electrica intr-o baterie solara este foarte greu de inteles pentru o persoana care nu are studii superioare in acest domeniu. Cu toate acestea, nu este. Să luăm în considerare acest proces în detaliu folosind exemplul de funcționare a unui convertor fotoelectric, care este utilizat în bateriile solare cu conversie directă.
Primele convertoare fotoelectrice au fost create de inginerii Bell Labs în 1950 special pentru utilizare în spațiu. Ele se bazează pe elemente semiconductoare. Când lumina soarelui le lovește, are loc un proces bazat pe efectul voltaj-voltaic în semiconductori neomogene. transformarea energiei luminoase în electricitate. Aceasta este o transformare directă a unei energii în alta, deoarece procesul în sine este într-o singură etapă - nu există transformări intermediare. Eficiența unei astfel de conversii depinde în mod direct de proprietățile electrice și fizice ale semiconductorilor, precum și de fotoconductivitatea acestora - modificări ale conductivității electrice a unei substanțe atunci când este iluminată.
Să luăm în considerare mai detaliat procesele care au loc în joncțiunea p-n a unui semiconductor atunci când este expus la lumina soarelui. Permiteți-mi să vă reamintesc că o joncțiune pn este o regiune a unui semiconductor în care tipul său de conductivitate se schimbă de la electron la gaură. Când lumina soarelui lovește tranziția în regiunea n, ca urmare a fluxului de sarcini, se formează o sarcină pozitivă volumetrică, iar în regiunea p - o sarcină negativă volumetrică. Astfel, apare o diferență de potențial în regiunea joncțiunii pn. Combinând mai multe convertoare fotovoltaice într-un modul într-o anumită ordine, și modulele într-o baterie, obținem o baterie solară capabilă să genereze electricitate.
Cum funcționează o baterie solară?
Toată viața de pe pământ a apărut datorită energiei soarelui. În fiecare secundă, suprafața planetei primește o cantitate mare energie sub formă de radiație solară. În timp ce ardem mii de tone de cărbune și produse petroliere pentru a ne încălzi casele, țările situate mai aproape de ecuator sunt înăbușite de căldură. Folosirea energiei soarelui pentru nevoile umane este o sarcină demnă de mințile interesate. În acest articol ne vom uita la designul unui convertor direct de lumină solară în energie electrica- celula solara.
O napolitană subțire constă din două straturi de siliciu cu proprietăți fizice diferite. Stratul interior este siliciu monocristalin pur cu conductivitate în găuri. La exterior, este acoperit cu un strat foarte subțire de siliciu „contaminat”, de exemplu amestecat cu fosfor. Un contact metalic continuu este aplicat pe partea din spate a plăcii. La limita straturilor n și p, ca urmare a fluxului de sarcină, se formează zone epuizate cu o sarcină pozitivă volumetrică necompensată în stratul n și o sarcină negativă volumetrică în stratul p. Aceste zone formează împreună o joncțiune p-n.
Bariera de potențial care apare la tranziție împiedică trecerea purtătorilor majoritari de sarcină, adică. electroni din partea stratului p, dar permit liber transportatorilor minoritari să treacă în directii opuse. Această proprietate a joncțiunilor p-n determină posibilitatea obținerii foto-emf la iradierea unei celule solare cu lumina solară. Când SC este iluminat, fotonii absorbiți generează perechi electron-gaură neechilibrate. Electronii generați în stratul p din apropierea joncțiunii p-n se apropie de joncțiunea p-n și sunt transportați în regiunea n de câmpul electric existent în aceasta.
În mod similar, găurile în exces create în stratul n sunt parțial transferate la stratul p. Ca rezultat, stratul n capătă o sarcină negativă suplimentară, iar stratul p capătă o sarcină pozitivă. Diferența de potențial de contact inițială dintre straturile p și n ale semiconductorului scade, iar tensiunea apare în circuitul extern. Polul negativ sursa de curent corespunde stratului n, iar stratului p celui pozitiv.
Majoritatea celulelor solare moderne au o singură joncțiune pn. Într-un astfel de element, purtătorii de sarcină liberi sunt creați numai de acei fotoni a căror energie este mai mare sau egală cu banda interzisă. Cu alte cuvinte, răspunsul fotovoltaic al unei celule unijoncții este limitat la partea din spectrul solar a cărei energie este deasupra intervalului de bandă, iar fotonii de energie mai mică nu sunt utilizați. Structurile multistrat a două sau mai multe celule solare cu diferite benzi interzise pot depăși această limitare. Astfel de elemente se numesc multi-joncțiune, cascadă sau tandem. Deoarece lucrează cu o porțiune mult mai mare a spectrului solar, eficiența lor de conversie fotovoltaică este mai mare. Într-o celulă solară tipică cu mai multe joncțiuni, celulele solare individuale sunt aranjate una în spatele celeilalte, astfel încât lumina soarelui lovește mai întâi celula cu cea mai mare bandgap și fotonii de cea mai mare energie sunt absorbiți.
Bateriile nu funcționează din lumina soarelui, ci din lumina soarelui în principiu. Radiatie electromagnetica ajunge la pământ în orice moment al anului. Doar că se produce mai puțină energie pe vreme înnorată. De exemplu, am instalat lumini autonome alimentate cu energie solară. Desigur, există intervale scurte când bateriile nu au timp să se încarce complet. Dar, în general, acest lucru nu se întâmplă foarte des în timpul iernii.
Interesant este că, chiar dacă zăpada cade pe panoul solar, acesta continuă să convertească energia solară. Și datorită faptului că fotocelulele se încălzesc, zăpada însăși se dezgheță. Principiul este același cu încălzirea geamului unei mașini.
Vremea ideală de iarnă pentru un panou solar este o zi geroasă, fără nori. Uneori, în astfel de zile poți chiar să stabilești recorduri de generație.
Iarna, randamentul panoului solar scade. În Moscova și regiunea Moscovei, în medie, generează de 8 ori mai puțină energie electrică pe lună. Să zicem, dacă vara aveți nevoie de 1 kW de energie pentru a funcționa un frigider, un computer și un iluminat de plafon acasă, atunci iarna este mai bine să vă aprovizionați cu 2 kW pentru fiabilitate.
În același timp, pe Orientul îndepărtat Durata soarelui este mai lungă, eficiența scade de doar o dată și jumătate până la două ori. Și, desigur, cu cât mergi mai spre sud, cu atât diferența dintre iarnă și vară este mai mică.
Unghiul de înclinare al modulelor este de asemenea important. Puteți seta un unghi universal pentru întregul an. Și îl poți schimba de fiecare dată, în funcție de anotimp. Acest lucru nu o fac proprietarii casei, ci specialiștii care merg pe șantier.
Principiul de funcționare al unei baterii solare și tipurile acestora
Energia solară este folosită în industrie și în viața de zi cu zi în multe părți ale lumii. Principiul de funcționare al unei baterii solare este simplu, iar aceasta este una dintre calitățile acestei tehnologii care atrage un număr mare de oameni. O celulă fotovoltaică din siliciu ajută la transformarea razelor solare în energie electrică. Electronii liberi devin o sursă de curent electric.
Odată ce înțelegeți cum funcționează o baterie solară, o puteți proiecta cu ușurință singur și o puteți utiliza pentru nevoi personale. Aceste baterii sunt fiabile, ușor de utilizat și durabile. Avantajul unui astfel de dispozitiv este că poate fi de diferite dimensiuni în funcție de cantitatea de energie necesară.
Merită să subliniem câteva tipuri de panouri solare. film subțire, panouri monocristaline și policristaline. Cel mai popular tip de baterii sunt monocristaline. Datorită efectului fotovoltaic, celulele din silicon transformă energia solară în electricitate. Astfel de baterii sunt de obicei destul de compacte deoarece cantitate optima Există treizeci și șase de celule în ele. Aceste baterii sunt ideale pentru instalarea pe suprafete neuniforme.
Principiul de funcționare al unui panou solar pentru un tip de casă nu este mult diferit. Datorită carcasei lor durabile din fibră de sticlă, astfel de baterii pot fi folosite pentru a genera energie pe nave. Cu ajutorul lor, puteți asigura funcționarea echipamentului și reîncărcați bateria. Această instalare nu va funcționa eficient pe vreme înnorată. Există, de asemenea, anumite restricții de temperatură la care se pot obține cele mai bune rezultate. cantitate mare energie.
Sunt la mare căutare baterii cu peliculă subțire. Principiul de funcționare al acestui tip de baterie solară permite instalarea acestuia oriunde. Aceste baterii nu necesită lumina directă a soarelui. De asemenea, aceste baterii vor funcționa la cantitati mari praf. Dezavantajul unor astfel de panouri solare este dimensiunile lor mari, ceea ce face necesară alocarea unei suprafețe mari pentru astfel de instalații.
Surse: super-alternatiwa.narod.ru, scsiexplorer.com.ua, howitworks.iknowit.ru, recyclemag.ru, energorus.com
Peninsula Kola
Cavalerii Maltei
Damasc - oraș al păcii
Miracole și teleportarea umană
Îndrăgostit de o fantomă
Note ale unui exorcist modern
Preotul și exorcistul englez Dr. Donald Omand a auzit de asistent medical o poveste înfricoșătoare despre povestea unei persoane pe moarte. Această persoană...
Planifică o călătorie lungă cu mașina
Când planificați o călătorie lungă, trebuie nu numai să vă pregătiți cu atenție, ci și să faceți același lucru cu mașina dvs. O intrebare importanta...
Camioane ale armatei
Până la formarea RSS letonă la 5 august 1940, această țară avea deja propria sa industrie de automobile compactă. Planta principală a fost...
Peretele lui Hadrian
Există adesea cazuri în istorie când locurile istorice celebre sau monumentele arhitecturale au analogi care sunt mai puțin cunoscuți sau necunoscuti deloc. ...
Cum să crezi în tine
Știința psihologiei sfătuiește: în primul rând, ar trebui să înțelegeți că multe depind de gândurile noastre. Dacă convingem constant...
Transformarea unui OZN
Cea mai intrigantă proprietate a obiectelor zburătoare neidentificate este schimbarea dimensiunii și formei lor. Deosebit de interesantă este capacitatea obiectelor de a fi împărțite în...
Ku Klux Klan - trecut și prezent
Prima organizație Ku Klux Klan și-a încheiat existența la începutul anilor 1870. când președintele Ulysses S. Grant a interzis astfel de mișcări adoptând o lege...
Sistemul de rachete Avangard - caracteristici tehnice și capacități
Cel mai nou sistem rusesc de rachete „Avangard” a fost pus în producție de masă,...
Luptător Su 57 - caracteristici și capacități
A cincea generație de luptă Su 57 a fost dezvoltat la Biroul de Proiectare care poartă numele. Sukhoi...
Motociclete cu cardan
Nu este suficient să cumperi o motocicletă și să o conduci, alimentează-o pentru un timp...
Istoria alimentelor vechilor slavi
Slavii antici, ca multe popoare din acea vreme, credeau că multe...
Cum să faci stejar de mlaștină acasă
Stejarul de mlaștină este un material de construcție excelent. Culoarea sa neobișnuită este foarte...
Semne populare despre perle
În primul rând, perlele sunt o piatră incredibil de frumoasă care a fost...
Coada la oameni
Este amuzant, dar o persoană are coadă. Inainte de anumită perioadă. Este cunoscut...
Grosimea gheții în Antarctica
În ciuda reducerii zonei de gheață continentală din Antarctica, grosimea acesteia este în creștere. Ultimul...
