Princippet for drift af solbatteriet: hvordan solpanelet er arrangeret og fungerer

vand ur

Denne metode til at styre den roterende enhed blev opfundet af en initiativrig canadisk studerende og er ansvarlig for kun at dreje en akse, den vandrette.

Funktionsprincippet er også enkelt og er som følger:

1. Solbatteriet er installeret i sin oprindelige position, når solens stråler rammer fotocellen vinkelret.
2. Derefter er en beholder med vand fastgjort til den ene af siderne, og en genstand af samme vægt som beholderen med vand er fastgjort til den anden side. Bunden af ​​beholderen skal have et lille hul.
3. Gennem det vil der gradvist strømme vand ud af tanken, på grund af hvilket vægten vil falde, og panelet vil langsomt vippe mod modvægten. Det vil være nødvendigt at bestemme dimensionerne af hullet til beholderen eksperimentelt.

Denne metode er den enkleste.Derudover sparer det materielle ressourcer, der ville blive brugt på indkøb af en motor, som det er tilfældet med et urværk. Derudover kan du selv installere rotationsmekanismen i form af et vandur, uden at have nogen særlig viden.

Fordelene ved solpaneler

Solenergi er et lovende område, der konstant udvikler sig. De har flere hovedfordele. Brugervenlighed, lang levetid, sikkerhed og overkommelig pris.

De positive aspekter ved brugen af ​​denne type batteri:

• Vedvarende - denne energikilde har praktisk talt ingen begrænsninger, desuden er den gratis. I hvert fald i de næste 6,5 milliarder år. Det er nødvendigt at vælge udstyret, installere det og bruge det til det tilsigtede formål (i et privat hus eller sommerhusgrund).
• Overflod - Jordens overflade modtager i gennemsnit omkring 120.000 terawatt energi, hvilket er 20 gange det nuværende energiforbrug. Solpaneler til sommerhuse eller private huse har et enormt potentiale for anvendelse.
• Konstans - solenergi er konstant, derfor er menneskeheden ikke truet med overforbrug i processen med dens brug.
• Tilgængelighed - solenergi kan genereres i ethvert område, så længe der er naturligt lys. Men oftest bruges det til boligopvarmning.
• Økologisk renlighed - solenergi er en lovende industri, der i fremtiden vil erstatte kraftværker, der opererer på ikke-vedvarende ressourcer: gas, tørv, kul og olie. Sikker for sundheden for mennesker og kæledyr.

• Under produktionen af ​​paneler og installationen af ​​solenergianlæg sker der ikke væsentlige udledninger af skadelige eller giftige stoffer til atmosfæren.
• Stille – Elproduktion er næsten lydløs, og derfor er denne type kraftværk bedre end vindmølleparker. Deres arbejde er ledsaget af en konstant brummen, på grund af hvilken udstyret hurtigt svigter, og medarbejderne skal holde hyppige pauser for at hvile.
• Økonomisk - ved brug af solpaneler oplever ejendomsejere en betydelig reduktion i forbrugsregningen for el. Panelerne har en lang levetid - producenten giver garanti på panelerne fra 20 til 25 år. Samtidig reduceres vedligeholdelsen af ​​hele kraftværket til periodisk (hver 5.-6. måned) rensning af paneloverfladerne for snavs og støv.

Princippet for drift af solbatteriet

Som et resultat af ladningsstrømmen ved grænsen af ​​p- og n-lagene dannes en zone med ukompenseret positiv ladning i n-laget, og en negativ ladning dannes i p-laget, dvs. kendt af alle fra skoleforløbet i fysik p-n-kryds. Den potentialforskel der opstår ved overgangen, kontaktpotentialforskellen (potentialbarrieren) forhindrer passage af elektroner fra p-laget, men passerer frit mindre bærere i modsat retning, hvilket gør det muligt at opnå foto-EMF når sollys rammer solcellen.

Når de udsættes for sollys, begynder de absorberede fotoner at generere ikke-ligevægts elektron-hul-par. Elektronerne genereret nær overgangen passerer fra p-laget til n-området.

På samme måde kommer overskydende huller og lag n ind i p-laget (figur a). Det viser sig, at en positiv ladning akkumuleres i p-laget, og en negativ ladning akkumuleres i n-laget, hvilket forårsager en spænding i det eksterne kredsløb (figur b). Strømkilden har to poler: positiv - p-lag og negativ - n-lag.

Dette er grundprincippet for, hvordan solceller fungerer. Elektronerne ser således ud til at køre i en cirkel, dvs. forlad p-laget og vend tilbage til n-laget, passerer gennem belastningen (akkumulator).

Fotoelektrisk udstrømning i et enkelt krydselement leveres kun af de elektroner, der har en energi højere end bredden af ​​et bestemt båndgab. Dem, der har mindre energi, deltager ikke i denne proces. Denne begrænsning kan fjernes af flerlagsstrukturer bestående af mere end én SC, hvori båndgab forskellige. De kaldes kaskade, multi-junction eller tandem. Deres fotoelektriske konvertering er højere på grund af det faktum, at sådanne solceller opererer med et bredere solspektrum. I dem er fotoceller placeret, når båndgabet mindskes. Solens stråler falder først på fotocellen med den bredeste zone, mens absorptionen af ​​fotoner med den højeste energi sker.

Derefter falder fotonerne, der passerer det øverste lag, på det næste element, og så videre. Inden for kaskadeelementer er hovedretningen for forskning brugen af ​​galliumarsenid som en komponent eller flere. Sådanne elementer har en konverteringseffektivitet på 35%. Elementerne er forbundet til et batteri, da tekniske egenskaber ikke tillader fremstilling af et separat element af stor størrelse (derfor strøm).

Solceller kan fungere i lang tid.De har bevist sig som en stabil og pålidelig energikilde, efter at de er blevet testet i rummet, hvor den største fare for dem er meteorisk støv og stråling, som fører til erosion af siliciumelementer. Men da disse faktorer på Jorden ikke har så negativ effekt på dem, kan det antages, at elementernes levetid vil være endnu længere.

Solpaneler er allerede til tjeneste for mennesket, idet de er en strømkilde til forskellige enheder, lige fra mobiltelefoner til elektriske køretøjer.

Og dette er allerede menneskets andet forsøg på at dæmme op for den grænseløse solenergi og tvinge den til at arbejde for sit eget bedste. Det første forsøg var at skabe solfangere, hvor elektricitet blev genereret ved at varme vand op til kogepunktet med de koncentrerede solstråler.

Fordelen ved solbatterier er, at de direkte producerer elektricitet og taber meget mindre energi end solfangere i flere trin, hvor processen med at opnå det er forbundet med koncentrationen af ​​solens stråler, opvarmning af vand, genererer damp, der roterer en dampturbine , og først derefter generere elektricitet af en generator. De vigtigste parametre for solpaneler - først og fremmest strøm

Så er det vigtigt, hvor meget energi de har

Denne parameter afhænger af batteriernes kapacitet og deres antal. Den tredje parameter er det maksimale strømforbrug, hvilket betyder antallet af samtidig mulige tilslutninger af enheder. En anden vigtig parameter er den nominelle spænding, som bestemmer valget af ekstra udstyr: inverter, solpanel, controller, batteri.

Fordele og ulemper

Solpaneler har ligesom andre enheder deres egne fordele og ulemper. De utvivlsomme fordele ved disse systemer omfatter følgende:

• Muligheden for autonom drift giver dig mulighed for at organisere strømforsyningen til genstande, elektroniske enheder og belysning, fjernt i en betydelig afstand fra stationære elektriske netværk.
• Betydelige omkostningsbesparelser under drift. Sollys, der bliver til elektricitet, koster ingenting og kræver ikke ekstra omkostninger. Du skal kun betale for invertere og batterier, der kræver periodisk udskiftning. Og selv i dette tilfælde vil solpaneler betale sig på omkring 10 år med en gennemsnitlig garantiperiode på 25-30 år. Hvis du følger alle reglerne for drift, kan batterierne holde endnu længere.
• Sammenlignet med konventionelle kraftværker, der forbruger brændstof og forurener miljøet, er solpaneldriftsordningen miljøvenlig og støjfri.

Imidlertid har disse enheder også alvorlige ulemper, som skal tages i betragtning på forhånd i foreløbige beregninger:

• De høje omkostninger ved ikke kun paneler, men også ekstra komponenter - invertere, controllere, batterier.
• Tilbagebetalingen tager for lang tid. Penge trækkes ud af omløb i lang tid.
• Solcelleanlæg med solceller kræver meget plads. Til disse formål er det ofte nødvendigt at bruge ikke kun hele taget, men også bygningens vægge, hvilket alvorligt krænker designdesignløsninger. Der er behov for ekstra plads til batterier med stor kapacitet, som i nogle tilfælde kan fylde et helt rum.
• Processen med at generere elektricitet sker ujævnt, afhængigt af tidspunktet på dagen. Denne ulempe kompenseres af genopladelige batterier, som akkumulerer elektricitet i løbet af dagen og giver den til forbrugerne om natten.

Transistorer som grundlag for lette elementer

Transistorer er velegnede til vores formål, da de indeni har et ret stort silicium-halvlederelement, som vil blive brugt til at producere elektricitet. Det er bedst at vælge transistorer som KT eller P.

Vi starter arbejdet. Først og fremmest afskærer vi metaldækslet fra det nødvendige antal radiokomponenter. Dette er nemmere at gøre, hvis du klemmer transistoren i en skruestik og skærer den forsigtigt med en hacksav. Indeni vil du se en tallerken. Dette er hoveddelen af ​​vores fremtidige enhed. Det vil fungere som en fotocelle for os.

Delen vil have tre kontakter: base, emitter og solfanger. Under montering skal du vælge kollektorforbindelsen på grund af den største potentialeforskel.

Gør-det-selv samling udføres bedst på en flad overflade fra ethvert dielektrisk materiale.

De transistorer, som du skal bruge, når du laver solpaneler, bør kontrolleres før arbejdet. Til disse formål tager vi et simpelt multimeter. Det er nødvendigt at skifte enheden til den aktuelle måletilstand, tænde den mellem basen og transistorens kollektor eller emitter. Vi fjerner indikatoren - normalt viser enheden en lille strøm - brøkdele af en milliampere, sjældnere lidt mere end 1 mA.Dernæst skifter vi enheden til spændingsmålingstilstand (grænse 1-3 V), og vi får værdien af ​​udgangsspændingen (det vil være omkring et par tiendedele af en volt). Det er ønskeligt at gruppere transistorer med tætte værdier af udgangsspændinger.

Montering

Solpaneler er monteret på en speciel struktur, hvis forbindelse bestemmer fotocellernes evne til at modstå ugunstige vejrforhold, såsom stærk vind, regn eller sne, og bidrager også til dannelsen af ​​den korrekte hældningsvinkel.

Dette design er tilgængeligt til salg i følgende versioner:

• skrå - sådanne systemer er optimale til installation på et skrå tag;
• vandret - dette design er fastgjort til flade tage;
• fritstående - batterier af denne type kan installeres på tage af forskellige typer og størrelser.

Selve processen med at installere batterier udføres i henhold til følgende skema:

til fastgørelse af panelets ramme kræves metalfirkanter på 50x50 mm i størrelse, og derudover kræves firkanter på 25x25 mm, som bruges til afstandsbjælker

Tilstedeværelsen af ​​disse dele gør det muligt at opnå den nødvendige styrke og pålidelige stabilitet af støttestrukturen og giver også den nødvendige grad af hældning;
du skal samle rammen, til dette har du brug for bolte på 6 og 8 m i størrelse;
konstruktionen er fastgjort under tagdækningen med 12 mm studs;
små huller dannes i de forberedte firkanter, paneler er fastgjort i dem, og skruer skal bruges til stærkere vedhæftning;
under installationsarbejde skal der lægges særlig vægt på rammen - der bør ikke være nogen forvrængninger i den.Ellers kan der opstå overspænding af systemet, hvilket vil føre til revnedannelse i glasset.

Installationen af ​​solvarme og lyskilder på loggiaen eller på balkonen foregår i henhold til en lignende ordning. Den eneste undtagelse er, at rammen er monteret på et skråplan. Den monteres mellem bygningens bærende hovedvæg og bygningens ende, altid på solsiden. Selvmontering og montering af solpaneler af alle typer kræver ikke erfaring i byggearbejde, dog vil der stadig være behov for nogle installationsfærdigheder. Hvis du ønsker det, kan du trygt udføre installationen selv, men inden da ville det være rart at læse speciel litteratur om funktionerne ved at installere pales og studere de mesterklasser, der er tilgængelige på internettet, og selvfølgelig fylde op på de nødvendige værktøjer.

Fordelene ved at arbejde med egne hænder er indlysende - dette sparer mange penge på specialisters tjenester samt en enorm erfaring, som du muligvis har brug for i fremtiden. På samme tid, hvis personlige evner ikke er nok, kan du ikke kun miste tid, men også få panelerne til at bryde eller deres lave effektivitet.

Ejendommeligheder

I dag er batterier baseret på fotovoltaiske polykrystaller de mest udbredte. Sådanne modeller er kendetegnet ved en optimal kombination af omkostninger og mængden af ​​frigivet energi, de er kendetegnet ved en rig blå farve og en krystallinsk struktur af hovedelementerne. De er meget nemme at installere, fordi selv en mester uden meget erhvervserfaring kan klare deres installation i sit private hus og i deres sommerhus. Monokrystallinske solcellepaneler er de næstmest populære.

Solceller, som er fremstillet af amorft silicium, er kendetegnet ved ret lav effektivitet. Imidlertid er deres priser noget lavere end prisen på analoger, så modellen er efterspurgt blandt ejerne af landhuse. I øjeblikket tegner sådanne produkter sig for 85% af markedet. De kan ikke prale af modifikationer med høj effekt og cadmiumtellurid; deres produktion er baseret på en højteknologisk filmteknik: flere hundrede mikrometer af et stof påføres i et tyndt lag på en holdbar overflade. Det er bemærkelsesværdigt, at ved et meget lavt effektivitetsniveau af produktet er dets kraft ret høj.

En anden mulighed for solcelledrevne batterier er de CIGS-halvleder-baserede varianter. Ligesom den tidligere version er de produceret ved hjælp af filmteknologi, men deres effektivitet er meget højere. Separat er det værd at dvæle ved mekanismen for drift af solvarme og lyskilder. Det vigtigste er klart at indse, at den samlede mængde energi, der genereres, ikke på nogen måde kan afhænge af effektivitetsgraden af ​​selve enheden, da alle typer af sådanne enheder normalt giver omtrent identisk effekt. Den største forskel er, at paneler, der har maksimal effektivitet, kræver mindre plads til deres installation.

Solpaneler har følgende fordele:

• installationens miljøvenlighed;
• lang brugsperiode, hvor panelernes operationelle egenskaber forbliver konstant høje;
• teknologier går sjældent i stykker, så de behøver ikke service og vedligeholdelse samt dyre reparationer;
• brugen af ​​batterier baseret på solenergi giver dig mulighed for at reducere omkostningerne til elektricitet og gas i huset;
• solpaneler er usædvanligt nemme at bruge.

Det var dog heller ikke uden ulemper, blandt de mest betydningsfulde er følgende:

• høje trin paneler;
• behovet for at installere en række yderligere udstyr for effektivt at synkronisere den energi, der modtages fra batteriet, og den, der opnås fra traditionelle kilder;
• panelerne kan ikke bruges i kontakt med sådanne apparater, der kræver høj effekt.

9. Funktioner af solceller med kvanteprikker

Den sidste lovende type batterier i den nærmeste fremtid er bygget på egenskaberne af fysiske kvanteprikker - mikroskopiske indeslutninger af halvledere i et bestemt materiale. Geometrisk er disse "prikker" nogle få nanometer store og er fordelt i materialet, så de dækker absorptionen af ​​stråling fra hele solspektret - IR, synligt lys og UV.

En stor fordel ved sådanne paneler er evnen til at arbejde selv om natten, hvilket genererer omkring 40% af den maksimale dageffekt.

Fysiske og tekniske egenskaber, certificering og mærkning

Uanset hvad solpaneler er lavet af, har hver af dem en række af følgende vigtige egenskaber:

• mekanisk – geometriske parametre, totalvægt, type ramme, beskyttelsesglas, antal celler, type og bredde af stik;
• elektrisk eller volt-ampere - effekt, åben kredsløbsspænding, strømstyrke ved maksimal belastning, effektiviteten af ​​panelet som helhed og individuelle celler i særdeleshed;
• temperatur - ændring i effektivitet med en stigning i temperaturen med en vis størrelsesenhed (normalt - 1 grad);
• kvalitet – levetid, celle nedbrydningshastighed, tilstedeværelse i Bloomberg rating lister;
• funktionelle - behovet for og let vedligehold, nem installation / demontering.

Industrielle solpaneler, uanset hvilke materialer de er lavet af, skal være certificerede. Minimumskravene er kvalitetscertifikater ISO, CE, TUV (international) og/eller toldunionen (når de sælges inden for den).

Internationale mærkningsregler er også obligatoriske. For eksempel, forkortelse CHN-350M-72 indeholder følgende oplysninger:

• CHN - producentens id (i dette tilfælde det kinesiske ChinaLand);
• 350 – paneleffekt i watt;
• M – betegnelse for enkeltkrystal silicium;
• 72 er antallet af solcelleceller i modulet.

Hvad kan du lave solpaneler med dine egne hænder derhjemme

Dette kræver følgende:

Forudtegnet skema og beregninger.
Et vist antal præfabrikerede solceller - de er de billigste at købe online, for eksempel på Aliexpress hjemmeside eller i andre netbutikker

Vær opmærksom på, at alle elementer har de samme elektriske egenskaber. Hjemmelavet ramme lavet af tømmer og krydsfiner - reglerne for dens samling kan ses på adskillige videoer på nettet

Plexiglas eller plexiglas til overfladebeskyttende belægning.
Maling og varmebestandig lim til bearbejdning af træoverflader.
Kontaktlister og ledninger til forbindelse af celler. Diagrammer over forskellige forbindelsesmetoder kan også studeres på internettet.
Loddekolbe og lodde. Loddearbejde skal udføres meget omhyggeligt for ikke at ødelægge det fremtidige produkt.
Silikonelim og selvskærende skruer til fastgørelse af det præfabrikerede batteri i rammen.

Et lille batteri vil kræve omkring $30-50 investering, mens en fabriksversion med samme kapacitet kun vil koste 10-20% mere.

Selvfølgelig vil et sådant hjemmelavet design ikke vare 25 år, vil ikke have kraften fra et fuldgyldigt solkraftværk og vil ikke være i stand til at prale af betydelig effektivitet. Dets omkostninger vil dog være så minimale som muligt.

Solar batteri enhed

For at solbatteriet skal kunne omdanne solens lys til strøm, er følgende elementer nødvendige:

1. Et solcellelag, der spiller rollen som en halvleder. Det er repræsenteret af to lag af materialer med forskellig ledningsevne. Her er elektroner i stand til at bevæge sig fra p (+) regionen til n (-) regionen. Dette kaldes et p-n kryds;
2. Et element er placeret mellem to lag af halvledere, hvilket i det væsentlige er en hindring for overgangen af ​​elektroner;
3. Kilde til magt. Det er nødvendigt at forbinde til et element, der forhindrer overførsel af elektroner. Det transformerer ladede elektroners bevægelse, dvs. skaber en elektrisk strøm. Akkumulator batteri. Akkumulerer og lagrer energi;
4. laderegulator. Dens hovedfunktion er at tilslutte og frakoble solbatteriet baseret på opladningsniveauet. Mere sofistikerede enheder er i stand til at styre det maksimale effektniveau;
5. DC til AC konverter (inverter);
6. Spændingsstabilisator.Giver beskyttelse til solcellebatterisystemet mod strømstød.