Prinsip operasi bateri solar: bagaimana panel solar disusun dan berfungsi

jam air

Kaedah mengawal peranti berputar ini dicipta oleh pelajar Kanada yang berdaya usaha dan bertanggungjawab untuk memusingkan hanya satu paksi, iaitu mendatar.

Prinsip operasi juga mudah dan adalah seperti berikut:

1. Bateri solar dipasang pada kedudukan asalnya apabila sinaran matahari mengenai fotosel secara berserenjang.
2. Selepas itu, bekas berisi air dilekatkan pada salah satu sisi, dan beberapa objek yang sama beratnya dengan bekas berisi air dilekatkan pada sisi yang lain. Bahagian bawah bekas harus mempunyai lubang kecil.
3. Melaluinya, air secara beransur-ansur akan mengalir keluar dari tangki, akibatnya berat akan berkurangan, dan panel akan perlahan-lahan condong ke arah pemberat. Ia adalah perlu untuk menentukan dimensi lubang untuk bekas secara eksperimen.

Kaedah ini adalah yang paling mudah.Di samping itu, ia menjimatkan sumber material yang akan dibelanjakan untuk pembelian enjin, seperti dalam kes kerja jam. Di samping itu, anda boleh memasang sendiri mekanisme berputar dalam bentuk jam air, tanpa mempunyai pengetahuan khusus.

Faedah panel solar

Tenaga suria adalah kawasan yang menjanjikan yang sentiasa berkembang. Mereka mempunyai beberapa kelebihan utama. Kemudahan penggunaan, jangka hayat, keselamatan dan kemampuan.

Aspek positif penggunaan bateri jenis ini:

• Boleh diperbaharui - sumber tenaga ini hampir tidak mempunyai sekatan, lebih-lebih lagi, ia adalah percuma. Sekurang-kurangnya untuk 6.5 bilion tahun akan datang. Ia adalah perlu untuk memilih peralatan, memasangnya dan menggunakannya untuk tujuan yang dimaksudkan (di rumah persendirian atau plot kotej).
• Kelimpahan - Permukaan bumi menerima secara purata kira-kira 120,000 terawatt tenaga, iaitu 20 kali ganda penggunaan tenaga semasa. Panel solar untuk kotej atau rumah persendirian mempunyai potensi besar untuk digunakan.
• Ketekalan - tenaga suria adalah malar, jadi manusia tidak terancam dengan perbelanjaan berlebihan dalam proses penggunaannya.
• Ketersediaan - tenaga suria boleh dijana di mana-mana kawasan, asalkan ada cahaya semula jadi. Walau bagaimanapun, selalunya ia digunakan untuk pemanasan rumah.
• Kebersihan ekologi - tenaga suria merupakan industri yang menjanjikan yang akan menggantikan loji kuasa yang beroperasi pada sumber yang tidak boleh diperbaharui: gas, gambut, arang batu dan minyak pada masa hadapan. Selamat untuk kesihatan manusia dan haiwan peliharaan.

• Semasa pengeluaran panel dan pemasangan loji kuasa solar, pelepasan bahan berbahaya atau toksik yang ketara tidak berlaku ke atmosfera.
• Tenang – Penjanaan elektrik hampir senyap, dan oleh itu loji kuasa jenis ini lebih baik daripada ladang angin. Kerja mereka disertai dengan dengung yang berterusan, kerana itu peralatan cepat gagal, dan pekerja mesti kerap berehat untuk berehat.
• Jimat - apabila menggunakan panel solar, pemilik hartanah mengalami pengurangan ketara dalam bil utiliti untuk elektrik. Panel mempunyai hayat perkhidmatan yang panjang - pengilang memberikan jaminan pada panel dari 20 hingga 25 tahun. Pada masa yang sama, penyelenggaraan keseluruhan loji kuasa dikurangkan kepada pembersihan berkala (setiap 5-6 bulan) permukaan panel daripada kotoran dan habuk.

Prinsip operasi bateri solar

Hasil daripada aliran cas pada sempadan lapisan p dan n, zon cas positif yang tidak terkompensasi terbentuk dalam lapisan n, dan cas negatif terbentuk dalam lapisan p, i.e. diketahui oleh semua orang dari kursus sekolah fizik p-n-junction. Perbezaan potensi yang berlaku pada peralihan, beza potensi sentuhan (penghalang berpotensi) menghalang laluan elektron dari lapisan p, tetapi secara bebas melepasi pembawa kecil dalam arah yang bertentangan, yang memungkinkan untuk mendapatkan foto-EMF apabila cahaya matahari mencecah. sel suria.

Apabila terdedah kepada cahaya matahari, foton yang diserap mula menghasilkan pasangan lubang elektron bukan keseimbangan. Elektron yang dihasilkan berhampiran peralihan melepasi dari lapisan-p ke kawasan-n.

Begitu juga, lebihan lubang dan lapisan n masuk ke dalam lapisan p (rajah a). Ternyata cas positif terkumpul di lapisan p, dan cas negatif terkumpul di lapisan n, menyebabkan voltan dalam litar luar (Rajah b). Sumber semasa mempunyai dua kutub: positif - lapisan p dan negatif - lapisan n.

Ini adalah prinsip asas bagaimana sel solar berfungsi. Oleh itu, elektron kelihatan berjalan dalam bulatan, i.e. tinggalkan lapisan p dan kembali ke lapisan-n, melalui beban (akumulator).

Aliran keluar fotoelektrik dalam unsur simpang tunggal disediakan hanya oleh elektron yang mempunyai tenaga lebih tinggi daripada lebar jurang jalur tertentu. Mereka yang kurang tenaga tidak mengambil bahagian dalam proses ini. Sekatan ini boleh dialih keluar oleh struktur berbilang lapisan yang terdiri daripada lebih daripada satu SC, di mana jurang band berbeza. Mereka dipanggil lata, berbilang simpang atau tandem. Penukaran fotoelektrik mereka lebih tinggi disebabkan oleh fakta bahawa sel solar tersebut beroperasi dengan spektrum suria yang lebih luas. Di dalamnya, fotosel terletak apabila jurang jalur berkurangan. Sinaran matahari mula-mula jatuh pada fotosel dengan zon terluas, manakala penyerapan foton dengan tenaga tertinggi berlaku.

Kemudian, foton yang dilalui oleh lapisan atas jatuh pada elemen seterusnya, dan seterusnya. Dalam bidang elemen lata, hala tuju utama penyelidikan ialah penggunaan galium arsenide sebagai satu komponen atau beberapa. Elemen sedemikian mempunyai kecekapan penukaran sebanyak 35%. Elemen disambungkan ke dalam bateri, kerana keupayaan teknikal tidak membenarkan pembuatan elemen berasingan bersaiz besar (oleh itu, kuasa).

Sel suria boleh berfungsi untuk masa yang lama.Mereka telah membuktikan diri mereka sebagai sumber tenaga yang stabil dan boleh dipercayai, telah diuji di angkasa, di mana bahaya utama bagi mereka adalah habuk meteorik dan sinaran, yang membawa kepada hakisan unsur silikon. Tetapi, kerana, di Bumi, faktor-faktor ini tidak mempunyai kesan negatif terhadap mereka, boleh diandaikan bahawa hayat perkhidmatan unsur-unsur akan lebih lama.

Panel suria sudah sedia berkhidmat untuk manusia, menjadi sumber kuasa untuk pelbagai peranti, daripada telefon mudah alih hingga kenderaan elektrik.

Dan ini sudah menjadi percubaan kedua manusia untuk mengekang tenaga suria yang tidak terbatas, memaksanya bekerja untuk kebaikannya sendiri. Percubaan pertama adalah untuk mencipta pengumpul suria, di mana elektrik dijana dengan memanaskan air hingga takat didih dengan pancaran pekat matahari.

Kelebihan bateri solar ialah ia secara langsung menghasilkan elektrik, kehilangan tenaga yang jauh lebih sedikit daripada pengumpul pelbagai peringkat solar, di mana proses mendapatkannya dikaitkan dengan kepekatan sinaran matahari, memanaskan air, menghasilkan wap yang memutarkan turbin stim. , dan hanya selepas itu menjana elektrik oleh penjana. Parameter utama panel solar - pertama sekali, kuasa

Maka adalah penting berapa banyak tenaga yang mereka ada

Parameter ini bergantung pada kapasiti bateri dan bilangannya. Parameter ketiga ialah penggunaan kuasa puncak, yang bermaksud bilangan sambungan peranti yang mungkin secara serentak. Satu lagi parameter penting ialah voltan undian, yang menentukan pilihan peralatan tambahan: penyongsang, panel solar, pengawal, bateri.

Kelebihan dan kekurangan

Panel solar, seperti peranti lain, mempunyai kelebihan dan kekurangannya sendiri. Kelebihan yang tidak diragukan dari sistem ini termasuk yang berikut:

• Kemungkinan operasi autonomi membolehkan anda mengatur bekalan kuasa objek, peranti elektronik dan pencahayaan, jauh pada jarak yang agak jauh dari rangkaian elektrik pegun.
• Penjimatan kos yang ketara semasa operasi. Cahaya matahari yang bertukar menjadi elektrik tidak berharga dan tidak memerlukan kos tambahan. Anda perlu membayar hanya untuk penyongsang dan bateri yang memerlukan penggantian berkala. Dan walaupun dalam kes ini, panel solar akan membayar dalam masa kira-kira 10 tahun dengan tempoh waranti purata 25-30 tahun. Jika anda mengikuti semua peraturan operasi, bateri boleh bertahan lebih lama.
• Berbanding dengan loji janakuasa konvensional yang menggunakan bahan api dan mencemarkan alam sekitar, skim pengendalian panel solar adalah mesra alam dan bebas bunyi.

Walau bagaimanapun, peranti ini juga mempunyai kelemahan yang serius, yang harus diambil kira terlebih dahulu dalam pengiraan awal:

• Kos tinggi bukan sahaja panel, tetapi juga komponen tambahan - penyongsang, pengawal, bateri.
• Bayaran balik mengambil masa terlalu lama. Wang dikeluarkan dari peredaran untuk masa yang lama.
• Sistem suria dengan sel fotovoltaik memerlukan banyak ruang. Selalunya, untuk tujuan ini, perlu menggunakan bukan sahaja seluruh bumbung, tetapi juga dinding bangunan, dengan serius melanggar keputusan reka bentuk reka bentuk. Ruang tambahan diperlukan untuk bateri dengan kapasiti besar, yang dalam beberapa kes boleh mengambil keseluruhan bilik.
• Proses penjanaan elektrik berlaku tidak sekata, bergantung pada masa hari. Kelemahan ini dikompensasikan oleh bateri boleh dicas semula, yang mengumpul elektrik pada siang hari dan memberikannya kepada pengguna pada waktu malam.

Transistor sebagai asas unsur cahaya

Transistor sesuai untuk tujuan kami, kerana di dalamnya terdapat unsur semikonduktor silikon yang agak besar, yang akan digunakan untuk menghasilkan elektrik. Adalah lebih baik untuk memilih transistor seperti KT atau P.

Kami mula bekerja. Pertama sekali, kami memotong penutup logam daripada bilangan komponen radio yang diperlukan. Ini lebih mudah dilakukan jika anda mengapit transistor dalam ragum dan berhati-hati memotongnya dengan gergaji besi. Di dalam anda akan melihat pinggan. Ini adalah bahagian utama peranti masa depan kami. Ia akan berfungsi sebagai fotosel untuk kita.

Bahagian itu akan mempunyai tiga kenalan: pangkalan, pemancar dan pengumpul. Semasa pemasangan, pilih simpang pengumpul kerana perbezaan potensi tertinggi.

Pemasangan buat sendiri paling baik dilakukan pada permukaan rata daripada sebarang bahan dielektrik.

Transistor yang akan anda gunakan semasa membuat panel solar hendaklah diperiksa sebelum bekerja. Untuk tujuan ini, kami mengambil multimeter mudah. Ia adalah perlu untuk menukar peranti ke mod pengukuran semasa, hidupkannya di antara pangkalan dan pengumpul atau pemancar transistor. Kami mengalih keluar penunjuk - biasanya peranti menunjukkan arus kecil - pecahan miliamp, kurang kerap lebih sedikit daripada 1 mA.Seterusnya, kami menukar peranti ke mod pengukuran voltan (had 1-3 V), dan kami mendapat nilai voltan keluaran (ia akan menjadi kira-kira beberapa persepuluh volt). Adalah wajar untuk mengumpulkan transistor dengan nilai hampir voltan keluaran.

Melekap

Panel solar dipasang pada struktur khas, sambungannya menentukan keupayaan fotosel untuk menahan sebarang keadaan cuaca buruk, seperti angin kencang, hujan atau salji, dan juga menyumbang kepada pembentukan sudut kecenderungan yang betul.

Reka bentuk ini tersedia untuk dijual dalam versi berikut:

• cenderung - sistem sedemikian adalah optimum untuk pemasangan pada bumbung bernada;
• mendatar - reka bentuk ini dilekatkan pada bumbung rata;
• berdiri bebas - bateri jenis ini boleh dipasang pada bumbung pelbagai jenis dan saiz.

Proses sebenar memasang bateri dijalankan mengikut skema berikut:

untuk mengikat bingkai panel, petak logam bersaiz 50x50 mm diperlukan, dan sebagai tambahan, petak 25x25 mm diperlukan, yang digunakan untuk rasuk spacer

Kehadiran bahagian-bahagian ini memungkinkan untuk mencapai kekuatan yang diperlukan dan kestabilan struktur sokongan yang boleh dipercayai, dan juga memberikan tahap kecenderungan yang diperlukan;
anda perlu memasang bingkai, untuk ini anda memerlukan bolt berukuran 6 dan 8 m;
struktur diikat di bawah bumbung dengan kancing 12 mm;
lubang kecil dibentuk di petak yang disediakan, panel dipasang di dalamnya, dan skru harus digunakan untuk lekatan yang lebih kuat;
semasa kerja pemasangan, perhatian khusus harus diberikan kepada bingkai - tidak sepatutnya ada herotan di dalamnya.Jika tidak, voltan lampau sistem mungkin berlaku, yang akan menyebabkan kaca retak.

Pemasangan haba suria dan sumber cahaya di loggia atau di balkoni berlaku mengikut skema yang sama. Satu-satunya pengecualian ialah bingkai dipasang pada satah condong. Ia dipasang di antara dinding galas utama bangunan dan hujung bangunan, sentiasa di bahagian yang cerah. Pemasangan sendiri dan pemasangan panel solar semua jenis tidak memerlukan pengalaman dalam kerja pembinaan, bagaimanapun, beberapa kemahiran pemasangan masih diperlukan. Sekiranya anda mahu, anda boleh melakukan pemasangan sendiri dengan selamat, bagaimanapun, sebelum itu adalah baik untuk membaca kesusasteraan khas tentang ciri-ciri memasang pales dan mengkaji kelas induk yang tersedia di Internet, dan, tentu saja, menyimpan alatan yang diperlukan.

Kelebihan bekerja dengan tangan anda sendiri adalah jelas - ini menjimatkan banyak wang untuk perkhidmatan pakar, serta pengalaman yang luar biasa, yang mungkin diperlukan pada masa akan datang. Pada masa yang sama, jika kebolehan peribadi tidak mencukupi, maka anda bukan sahaja boleh kehilangan masa, tetapi juga menyebabkan panel pecah atau kecekapan rendah mereka.

Keanehan

Hari ini, bateri berasaskan polikristal fotovoltaik adalah yang paling banyak digunakan. Model sedemikian dibezakan oleh gabungan kos yang optimum dan jumlah tenaga yang dikeluarkan, ia dicirikan oleh warna biru yang kaya dan struktur kristal unsur-unsur utama. Mereka sangat mudah untuk dipasang, kerana walaupun seorang tuan tanpa banyak pengalaman kerja dapat mengatasi pemasangan mereka di rumah persendiriannya dan di pondok musim panas mereka. Panel fotovoltaik monokristalin adalah yang kedua paling popular.

Sel suria, yang dibuat menggunakan silikon amorfus, dicirikan oleh kecekapan yang agak rendah. Walau bagaimanapun, harga mereka agak lebih rendah daripada kos analog, jadi model itu dalam permintaan di kalangan pemilik rumah negara. Pada masa ini, produk sedemikian menyumbang 85% daripada pasaran. Mereka tidak boleh membanggakan pengubahsuaian kuasa tinggi dan telurida kadmium; pengeluaran mereka berdasarkan teknik filem berteknologi tinggi: beberapa ratus mikrometer bahan digunakan dalam lapisan nipis pada permukaan yang tahan lama. Perlu diperhatikan bahawa pada tahap kecekapan produk yang sangat rendah, kuasanya agak tinggi.

Pilihan lain untuk bateri berkuasa solar ialah jenis berasaskan semikonduktor CIGS. Seperti versi sebelumnya, ia dihasilkan menggunakan teknologi filem, namun kecekapannya jauh lebih tinggi. Secara berasingan, ia patut memikirkan mekanisme operasi haba suria dan sumber cahaya. Perkara utama adalah untuk menyedari dengan jelas bahawa jumlah tenaga yang dijana tidak boleh bergantung pada tahap kecekapan peranti itu sendiri, kerana biasanya semua jenis peranti sedemikian memberikan kuasa yang hampir sama. Perbezaan utama ialah panel yang mempunyai kecekapan maksimum memerlukan lebih sedikit ruang untuk pemasangannya.

Panel solar mempunyai kelebihan berikut:

• keramahan alam sekitar pemasangan;
• tempoh penggunaan yang panjang, di mana ciri operasi panel kekal tinggi secara konsisten;
• teknologi jarang rosak, jadi mereka tidak memerlukan perkhidmatan dan penyelenggaraan, serta pembaikan yang mahal;
• penggunaan bateri berdasarkan tenaga suria membolehkan anda mengurangkan kos elektrik dan gas di dalam rumah;
• panel solar sangat mudah digunakan.

Walau bagaimanapun, ia juga bukan tanpa kelemahan, antara yang paling ketara adalah yang berikut:

• panel peringkat tinggi;
• keperluan untuk memasang pelbagai peralatan tambahan untuk menyegerakkan tenaga yang diterima secara berkesan daripada bateri dan yang diperoleh daripada sumber tradisional;
• panel tidak boleh digunakan bersentuhan dengan peralatan sedemikian yang memerlukan kuasa tinggi.

9. Ciri-ciri sel suria dengan titik kuantum

Jenis bateri terakhir yang menjanjikan dalam masa terdekat dibina berdasarkan sifat titik kuantum fizikal - kemasukan mikroskopik semikonduktor dalam bahan tertentu. Secara geometri, "titik" ini bersaiz beberapa nanometer dan diedarkan dalam bahan untuk menampung penyerapan sinaran dari keseluruhan spektrum suria - IR, cahaya nampak dan UV.

Kelebihan besar panel sedemikian ialah keupayaan untuk bekerja walaupun pada waktu malam, menjana kira-kira 40% daripada kuasa siang hari maksimum.

Ciri fizikal dan teknikal, pensijilan dan pelabelan

Terlepas dari apa panel solar dibuat, setiap daripadanya mempunyai beberapa ciri penting berikut:

• mekanikal – parameter geometri, jumlah berat, jenis bingkai, kaca pelindung, bilangan sel, jenis dan lebar penyambung;
• elektrik atau volt-ampere - kuasa, voltan litar terbuka, kekuatan semasa pada beban maksimum, kecekapan panel secara keseluruhan dan sel individu khususnya;
• suhu - perubahan kecekapan dengan peningkatan suhu oleh unit magnitud tertentu (biasanya - 1 darjah);
• kualiti – hayat perkhidmatan, kadar degradasi sel, kehadiran dalam senarai penarafan Bloomberg;
• berfungsi - keperluan dan kemudahan penjagaan, kemudahan pemasangan / pembongkaran.

Panel solar industri, tidak kira dari bahan apa ia diperbuat, mesti diperakui. Keperluan minimum ialah sijil kualiti ISO, CE, TUV (antarabangsa) dan/atau Kesatuan Kastam (apabila dijual di dalamnya).

Peraturan pelabelan antarabangsa juga wajib. Sebagai contoh, singkatan CHN-350M-72 mengandungi maklumat berikut:

• CHN - pengecam pengilang (dalam kes ini, China ChinaLand);
• 350 – kuasa panel dalam watt;
• M – penetapan silikon kristal tunggal;
• 72 ialah bilangan sel fotovoltaik dalam modul.

Apa yang boleh anda buat panel solar dengan tangan anda sendiri di rumah

Ini memerlukan perkara berikut:

Skim dan pengiraan pra-lukisan.
Sebilangan sel suria pasang siap - ia adalah yang paling murah untuk dibeli dalam talian, contohnya, di laman web Aliexpress atau di kedai dalam talian lain

Beri perhatian kepada fakta bahawa semua elemen mempunyai ciri elektrik yang sama. Bingkai buatan sendiri yang diperbuat daripada kayu dan papan lapis - peraturan pemasangannya boleh dilihat pada banyak video di internet

Plexiglas atau plexiglass untuk salutan pelindung permukaan.
Cat dan gam tahan panas untuk memproses permukaan kayu.
Jalur kenalan dan wayar untuk menyambungkan sel. Gambar rajah pelbagai kaedah sambungan juga boleh dipelajari di Internet.
Besi pematerian dan pateri. Kerja pematerian harus dilakukan dengan sangat berhati-hati agar tidak merosakkan produk masa depan.
Gam silikon dan skru mengetuk sendiri untuk memasang bateri pasang siap dalam bingkai.

Bateri yang kecil memerlukan pelaburan kira-kira $30-50, manakala versi kilang dengan kapasiti yang sama akan menelan kos hanya 10-20% lebih.

Sudah tentu, reka bentuk buatan sendiri seperti itu tidak akan bertahan selama 25 tahun, tidak akan mempunyai kuasa loji tenaga solar sepenuhnya, dan tidak akan dapat membanggakan kecekapan yang ketara. Walau bagaimanapun, kosnya akan serendah mungkin.

Peranti bateri solar

Agar bateri solar dapat menukar cahaya matahari kepada arus, elemen berikut diperlukan:

1. Lapisan fotovoltaik yang memainkan peranan sebagai semikonduktor. Ia diwakili oleh dua lapisan bahan yang berbeza kekonduksian. Di sini, elektron dapat bergerak dari kawasan p (+) ke kawasan n (-). Ini dipanggil simpang p-n;
2. Satu unsur diletakkan di antara dua lapisan semikonduktor, yang pada asasnya merupakan penghalang kepada peralihan elektron;
3. Sumber kuasa. Ia adalah perlu untuk menyambung kepada unsur yang menghalang pemindahan elektron. Ia mengubah pergerakan elektron bercas, i.e. menghasilkan arus elektrik. Bateri akumulator. Mengumpul dan menyimpan tenaga;
4. pengawal caj. Fungsi utamanya ialah menyambung dan memutuskan sambungan bateri solar berdasarkan tahap pengecasan. Peranti yang lebih canggih dapat mengawal tahap kuasa maksimum;
5. Penukar DC ke AC (penyongsang);
6. Penstabil voltan.Memberi perlindungan untuk sistem bateri solar daripada lonjakan kuasa.