Prinsippet for drift av solcellebatteriet: hvordan solcellepanelet er ordnet og fungerer

vannklokke

Denne metoden for å kontrollere den roterende enheten ble oppfunnet av en driftig kanadisk student og er ansvarlig for å snu bare én akse, den horisontale.

Driftsprinsippet er også enkelt og er som følger:

1. Solbatteriet er installert i sin opprinnelige posisjon når solstrålene treffer fotocellen vinkelrett.
2. Etter det festes en beholder med vann til en av sidene, og en gjenstand med samme vekt som beholderen med vann er festet til den andre siden. Bunnen av beholderen skal ha et lite hull.
3. Gjennom den vil vann gradvis strømme ut av tanken, på grunn av dette vil vekten reduseres, og panelet vil sakte vippe mot motvekten. Det vil være nødvendig å bestemme dimensjonene til hullet for beholderen eksperimentelt.

Denne metoden er den enkleste.I tillegg sparer det materielle ressurser som ville blitt brukt på kjøp av en motor, som i tilfellet med et urverk. I tillegg kan du installere rotasjonsmekanismen i form av en vannklokke selv, uten å ha noen spesiell kunnskap.

Fordelene med solcellepaneler

Solenergi er et lovende område som er i stadig utvikling. De har flere hovedfordeler. Brukervennlighet, lang levetid, sikkerhet og rimelig.

De positive aspektene ved bruken av denne typen batteri:

• Fornybar - denne energikilden har praktisk talt ingen begrensninger, dessuten er den gratis. I hvert fall de neste 6,5 milliarder årene. Det er nødvendig å velge utstyret, installere det og bruke det til det tiltenkte formålet (i et privat hus eller hyttetomt).
• Overflod - Jordens overflate mottar i gjennomsnitt ca 120 000 terawatt energi, som er 20 ganger dagens energiforbruk. Solcellepaneler for hytter eller private hus har et stort brukspotensial.
• Konstans - solenergi er konstant, så menneskeheten er ikke truet med overforbruk i prosessen med bruken.
• Tilgjengelighet - solenergi kan genereres i alle områder, så lenge det er naturlig lys. Imidlertid brukes den oftest til oppvarming av hjemmet.
• Økologisk renslighet - solenergi er en lovende industri som vil erstatte kraftverk som opererer på ikke-fornybare ressurser: gass, torv, kull og olje i fremtiden. Trygg for helsen til mennesker og kjæledyr.

• Under produksjon av paneler og installasjon av solkraftverk skjer det ikke betydelige utslipp av skadelige eller giftige stoffer til atmosfæren.
• Stille – Elektrisitetsproduksjon er nesten stillegående, og derfor er denne typen kraftverk bedre enn vindparker. Arbeidet deres er ledsaget av en konstant summing, på grunn av hvilken utstyret raskt svikter, og ansatte må ta hyppige pauser for å hvile.
• Økonomisk – ved bruk av solcellepaneler opplever eiendomseiere en betydelig reduksjon i strømregningen. Panelene har lang levetid - produsenten gir garanti på panelene fra 20 til 25 år. Samtidig reduseres vedlikeholdet av hele kraftverket til periodisk (hver 5.-6. måned) rengjøring av paneloverflatene for smuss og støv.

Prinsippet for drift av solbatteriet

Som et resultat av ladningslekkasje ved grensen til p- og n-lag, dannes det en sone med ukompensert positiv ladning i n-laget, og en sone med negativ ladning i p-laget, dvs. kjent for alle fra skolekurset i fysikk p-n-kryss. Potensialforskjellen som oppstår ved overgangen, kontaktpotensialforskjellen (potensialbarrieren) hindrer passasje av elektroner fra p-laget, men passerer fritt mindre bærere i motsatt retning, noe som gjør det mulig å få foto-EMF når sollys treffer solcellen.

Når de utsettes for sollys, begynner de absorberte fotonene å generere elektron-hullpar som ikke er likevekt. Elektronene som genereres nær overgangen går fra p-laget til n-området.

Tilsvarende kommer overflødige hull og lag n inn i p-laget (figur a).Det viser seg at en positiv ladning akkumuleres i p-laget, og en negativ ladning akkumuleres i n-laget, noe som forårsaker en spenning i den eksterne kretsen (Figur b). Strømkilden har to poler: positiv - p-lag og negativ - n-lag.

Dette er det grunnleggende prinsippet for hvordan solceller fungerer. Elektronene ser altså ut til å løpe i en sirkel, dvs. forlate p-laget og gå tilbake til n-laget, passerer gjennom lasten (akkumulator).

Fotoelektrisk utstrømning i et enkeltkrysselement leveres bare av de elektronene som har en energi høyere enn bredden på et visst båndgap. De som har mindre energi deltar ikke i denne prosessen. Denne begrensningen kan fjernes av flerlagsstrukturer som består av mer enn en SC, hvori båndgap forskjellig. De kalles kaskade, multi-junction eller tandem. Deres fotoelektriske konvertering er høyere på grunn av det faktum at slike solceller opererer med et bredere solspektrum. I dem er fotoceller plassert når båndgapet avtar. Solens stråler faller først på fotocellen med den bredeste sonen, mens absorpsjonen av fotoner med høyest energi skjer.

Deretter faller fotonene som passerer det øvre laget på det neste elementet, og så videre. Innenfor kaskadeelementer er hovedretningen for forskning bruken av galliumarsenid som en komponent eller flere. Slike elementer har en konverteringseffektivitet på 35 %.Elementene er koblet til et batteri, siden tekniske evner ikke tillater produksjon av et separat element av stor størrelse (derav strøm).

Solceller kan fungere lenge. De har vist seg som en stabil og pålitelig energikilde, etter å ha blitt testet i verdensrommet, hvor hovedfaren for dem er meteorisk støv og stråling, som fører til erosjon av silisiumelementer. Men siden disse faktorene på jorden ikke har en så negativ effekt på dem, kan det antas at levetiden til elementene vil være enda lengre.

Solcellepaneler er allerede til tjeneste for mennesket, og er en strømkilde for ulike enheter, alt fra mobiltelefoner til elektriske kjøretøy.

Og dette er allerede menneskets andre forsøk på å dempe den grenseløse solenergien, og tvinge den til å jobbe for sitt eget beste. Det første forsøket var å lage solfangere, der elektrisitet ble generert ved å varme opp vann til et kokepunkt med de konsentrerte solstrålene.

Fordelen med solcellebatterier er at de direkte produserer elektrisitet, og taper mye mindre energi enn flertrinns solfangere, der prosessen med å skaffe det er assosiert med konsentrasjonen av solstrålene, oppvarming av vann, genererer damp som roterer en dampturbin. , og først etter det genererer strøm av en generator. Hovedparametrene til solcellepaneler - først av alt, strøm

Da er det viktig hvor mye energi de har

Denne parameteren avhenger av kapasiteten til batteriene og antallet. Den tredje parameteren er det maksimale strømforbruket, som betyr antall samtidig mulige tilkoblinger av enheter.En annen viktig parameter er nominell spenning, som bestemmer valget av tilleggsutstyr: inverter, solcellepanel, kontroller, batteri.

Fordeler og ulemper

Solcellepaneler, som andre enheter, har sine egne fordeler og ulemper. De utvilsomme fordelene med disse systemene inkluderer følgende:

• Muligheten for autonom drift lar deg organisere strømforsyningen til gjenstander, elektroniske enheter og belysning, fjernt i betydelig avstand fra stasjonære elektriske nettverk.
• Betydelige kostnadsbesparelser under drift. Sollys som blir til strøm koster ingenting og krever ingen ekstra kostnader. Du må kun betale for omformere og batterier som krever periodisk utskifting. Og selv i dette tilfellet vil solcellepaneler lønne seg på omtrent 10 år med en gjennomsnittlig garantiperiode på 25-30 år. Følger du alle driftsreglene kan batteriene vare enda lenger.
• Sammenlignet med konvensjonelle kraftverk som forbruker drivstoff og forurenser miljøet, er driftsordningen for solcellepaneler miljøvennlig og støyfri.

Imidlertid har disse enhetene også alvorlige ulemper, som bør tas i betraktning på forhånd i foreløpige beregninger:

• De høye kostnadene for ikke bare paneler, men også tilleggskomponenter - vekselrettere, kontrollere, batterier.
• Tilbakebetalingen tar for lang tid. Penger trekkes ut av sirkulasjon i lang tid.
• Solcelleanlegg med solcelleceller krever mye plass.Ganske ofte, for disse formålene, er det nødvendig å bruke ikke bare hele taket, men også bygningens vegger, noe som alvorlig bryter designdesignbeslutninger. Ekstra plass er nødvendig for batterier med stor kapasitet, som i noen tilfeller kan ta et helt rom.
• Prosessen med å generere elektrisitet skjer ujevnt, avhengig av tidspunktet på dagen. Denne ulempen kompenseres av oppladbare batterier, som akkumulerer strøm om dagen og gir den til forbrukerne om natten.

Transistorer som grunnlag for lette elementer

Transistorer er egnet for vårt formål, siden de inne har et ganske stort silisium-halvlederelement, som skal brukes til å produsere elektrisitet. Det er best å velge transistorer som KT eller P.

Vi starter arbeidet. Først av alt kutter vi metalldekselet fra det nødvendige antallet radiokomponenter. Dette er lettere å gjøre hvis du klemmer transistoren i en skrustikke og kutter den forsiktig med en baufil. Inni vil du se en tallerken. Dette er hoveddelen av vår fremtidige enhet. Den vil fungere som en fotocelle for oss.

Delen vil ha tre kontakter: base, emitter og samler. Under monteringen, velg kollektorkrysset på grunn av den høyeste potensialforskjellen.

Gjør-det-selv-montering gjøres best på en flat overflate fra ethvert dielektrisk materiale.

De transistorene du skal bruke når du lager solcellepaneler bør sjekkes før arbeid. For disse formålene tar vi et enkelt multimeter.Det er nødvendig å bytte enheten til gjeldende målemodus, slå den på mellom basen og transistorens kollektor eller emitter. Vi fjerner indikatoren - vanligvis viser enheten en liten strøm - brøkdeler av en milliampere, sjeldnere litt mer enn 1 mA. Deretter bytter vi enheten til spenningsmålemodus (grense 1-3 V), og vi får verdien av utgangsspenningen (det vil være omtrent noen tideler av en volt). Det er ønskelig å gruppere transistorer med nære verdier av utgangsspenninger.

Montering

Solcellepaneler er montert på en spesiell struktur, tilkoblingen som bestemmer fotocellenes evne til å motstå ugunstige værforhold, for eksempel sterk vind, regn eller snø, og bidrar også til dannelsen av riktig helningsvinkel.

Dette designet er tilgjengelig for salg i følgende versjoner:

• skrånende - slike systemer er optimale for installasjon på skråtak;
• horisontal - dette designet er festet til flate tak;
• frittstående - batterier av denne typen kan installeres på tak av forskjellige typer og størrelser.

Selve prosessen med å installere batterier utføres i henhold til følgende skjema:

for å feste rammen til panelet kreves det metallfirkanter på 50x50 mm i størrelse, og i tillegg kreves firkanter på 25x25 mm, som brukes til avstandsbjelker

Tilstedeværelsen av disse delene gjør det mulig å oppnå den nødvendige styrken og pålitelige stabiliteten til støttestrukturen, og gir også den nødvendige hellingsgraden;
du må montere rammen, for dette trenger du bolter på 6 og 8 m i størrelse;
strukturen er festet under taket med 12 mm stendere;
små hull dannes i de forberedte firkantene, paneler er festet i dem, og skruer bør brukes for sterkere vedheft;
under installasjonsarbeid bør det rettes spesiell oppmerksomhet til rammen - det skal ikke være noen forvrengninger i den. Ellers kan det oppstå overspenning i systemet, noe som vil føre til sprekker i glasset.

Installasjonen av solvarme og lyskilder på loggiaen eller på balkongen skjer i henhold til en lignende ordning. Det eneste unntaket er at rammen er montert på et skråplan. Den monteres mellom byggets hovedbærevegg og enden av bygget, alltid på solsiden. Selvmontering og montering av solcellepaneler av alle typer krever ikke erfaring i byggearbeid, men det vil fortsatt kreves noen installasjonskunnskaper. Hvis du ønsker det, kan du trygt gjøre installasjonen selv, men før det ville det være fint å lese spesiallitteratur om funksjonene ved å installere pales og studere mesterklassene som er tilgjengelige på Internett, og selvfølgelig fylle på med nødvendige verktøy.

Fordelene ved å jobbe med egne hender er åpenbare - dette sparer mye penger på tjenestene til spesialister, samt enorm erfaring som du kanskje trenger i fremtiden. På samme tid, hvis personlige evner ikke er nok, kan du ikke bare miste tid, men også få panelene til å bryte eller deres lave effektivitet.

Egenskaper

I dag er batterier basert på fotovoltaiske polykrystaller de mest brukte.Slike modeller er preget av en optimal kombinasjon av kostnader og mengden energi som frigjøres, de er preget av en rik blå farge og en krystallinsk struktur av hovedelementene. De er veldig enkle å installere, fordi selv en mester uten mye arbeidserfaring kan takle installasjonen i sitt private hus og på sommerhuset deres. Monokrystallinske solcellepaneler er de nest mest populære.

Solceller, som er laget av amorft silisium, er preget av ganske lav effektivitet. Imidlertid er prisene deres noe lavere enn kostnadene for analoger, så modellen er etterspurt blant eierne av landhus. For øyeblikket utgjør slike produkter 85% av markedet. De kan ikke skryte av modifikasjoner med høy effekt og kadmiumtellurid; produksjonen deres er basert på en høyteknologisk filmteknikk: flere hundre mikrometer av et stoff påføres i et tynt lag på en slitesterk overflate. Det er bemerkelsesverdig at ved et veldig lavt effektivitetsnivå til produktet er kraften ganske høy.

Et annet alternativ for solcelledrevne batterier er CIGS-halvlederbaserte varianter. I likhet med forrige versjon er de produsert ved hjelp av filmteknologi, men effektiviteten deres er mye høyere. Separat er det verdt å dvele ved mekanismen for drift av solvarme og lyskilder. Det viktigste er å tydelig innse at den totale mengden energi som genereres ikke på noen måte kan avhenge av effektiviteten til selve enheten, siden vanligvis alle typer slike enheter gir omtrent identisk kraft.Hovedforskjellen er at paneler som har maksimal effektivitet krever mindre plass for installasjonen.

Solcellepaneler har følgende fordeler:

• miljøvennlighet av installasjonen;
• lang brukstid, hvor de operasjonelle funksjonene til panelene forblir konsekvent høye;
• teknologier bryter sjelden sammen, derfor trenger de ikke service og vedlikehold, så vel som dyre reparasjoner;
• bruk av batterier basert på solenergi lar deg redusere kostnadene for elektrisitet og gass i huset;
• solcellepaneler er usedvanlig enkle å bruke.

Imidlertid var det heller ikke uten ulemper, blant de viktigste er følgende:

• høy scene paneler;
• behovet for å installere en rekke tilleggsutstyr for å effektivt synkronisere energien mottatt fra batteriet og den som er hentet fra tradisjonelle kilder;
• panelene kan ikke brukes i kontakt med apparater som krever høy effekt.

9. Funksjoner av solceller med kvanteprikker

Den siste lovende typen batterier i nær fremtid er bygget på egenskapene til fysiske kvanteprikker - mikroskopiske inneslutninger av halvledere i et bestemt materiale. Geometrisk er disse "prikkene" noen få nanometer store og er fordelt i materialet slik at de dekker absorpsjonen av stråling fra hele solspekteret - IR, synlig lys og UV.

En stor fordel med slike paneler er muligheten til å jobbe selv om natten, og genererer omtrent 40% av den maksimale kraften på dagtid.

Fysiske og tekniske egenskaper, sertifisering og merking

Uansett hva solcellepaneler er laget av, har hver av dem en rekke av følgende viktige egenskaper:

• mekanisk – geometriske parametere, totalvekt, type ramme, beskyttelsesglass, antall celler, type og bredde på koblinger;
• elektrisk eller volt-ampere - kraft, åpen kretsspenning, strømstyrke ved maksimal belastning, effektiviteten til panelet som helhet og individuelle celler spesielt;
• temperatur - endring i effektivitet med en økning i temperaturen med en viss størrelsesenhet (vanligvis - 1 grad);
• kvalitet – levetid, celledegraderingshastighet, tilstedeværelse i Bloombergs rangeringslister;
• funksjonell - behovet for og enkel vedlikehold, enkel installasjon / demontering.

Industrielle solcellepaneler, uansett hvilke materialer de er laget av, må være sertifisert. Minimumskravene er kvalitetssertifikater ISO, CE, TUV (internasjonalt) og/eller tollunionen (når de selges innenfor den).

Internasjonale merkeregler er også obligatoriske. For eksempel, forkortelse CHN-350M-72 inneholder følgende informasjon:

• CHN - identifikator for produsenten (i dette tilfellet, det kinesiske ChinaLand);
• 350 – paneleffekt i watt;
• M – betegnelse på enkrystall silisium;
• 72 er antall solcelleceller i modulen.

Hva kan du lage solcellepaneler med egne hender hjemme

Dette krever følgende:

Forhåndstegnet skjema og beregninger.
Et visst antall prefabrikkerte solceller - de er de billigste å kjøpe på nett, for eksempel på Aliexpress-nettstedet eller i andre nettbutikker

Vær oppmerksom på at alle elementer har de samme elektriske egenskapene. Hjemmelaget ramme laget av tømmer og kryssfiner - reglene for monteringen kan sees på en rekke videoer på nettet

Plexiglass eller pleksiglass for overflatebeskyttende belegg.
Maling og varmebestandig lim for bearbeiding av treoverflater.
Kontaktlister og ledninger for tilkobling av celler. Diagrammer over ulike tilkoblingsmetoder kan også studeres på Internett.
Loddebolt og loddetinn. Loddearbeid bør utføres veldig nøye for ikke å ødelegge det fremtidige produktet.
Silikonlim og selvskruende skruer for å feste det prefabrikerte batteriet i rammen.

Et lite batteri vil kreve ca $30-50 investering, mens en fabrikkversjon med samme kapasitet vil koste bare 10-20% mer.

Selvfølgelig vil et slikt hjemmelaget design ikke vare i 25 år, vil ikke ha kraften til et fullverdig solkraftverk, og vil ikke kunne skryte av betydelig effektivitet. Imidlertid vil kostnadene være så lave som mulig.

Solcellebatteri

For at solbatteriet skal kunne omdanne sollyset til strøm, er følgende elementer nødvendig:

1. Et solcellelag som spiller rollen som en halvleder. Det er representert av to lag med materialer med forskjellig ledningsevne. Her er elektroner i stand til å bevege seg fra p (+)-området til n (-)-området. Dette kalles et p-n-kryss;
2. Et element er plassert mellom to lag med halvledere, som i hovedsak er en barriere for overgangen av elektroner;
3. Kilde til makt. Det er nødvendig å koble til et element som forhindrer overføring av elektroner. Den transformerer bevegelsen til ladede elektroner, dvs. skaper en elektrisk strøm.Akkumulator batteri. Akkumulerer og lagrer energi;
4. ladekontroller. Dens hovedfunksjon er å koble til og fra solcellebatteriet basert på ladenivået. Mer sofistikerte enheter er i stand til å kontrollere det maksimale strømnivået;
5. DC til AC-omformer (inverter);
6. Spenningsstabilisator. Gir beskyttelse for solcellebatterisystemet fra strømstøt.