El principi de funcionament de la bateria solar: com està disposat i funciona el panell solar

rellotge d'aigua

Aquest mètode de control del dispositiu rotatiu va ser inventat per un emprenedor estudiant canadenc i s'encarrega de girar només un eix, l'horitzontal.

El principi de funcionament també és senzill i és el següent:

1. La bateria solar s'instal·la en la seva posició original quan els raigs solars incideixen perpendicularment sobre la fotocèl·lula.
2. Després d'això, un recipient amb aigua s'adjunta a un dels costats i un objecte del mateix pes que el recipient amb aigua s'enganxa a l'altre costat. La part inferior del recipient ha de tenir un petit forat.
3. A través d'ell, l'aigua sortirà gradualment del dipòsit, de manera que el pes disminuirà i el panell s'inclinarà lentament cap al contrapès. Caldrà determinar experimentalment les dimensions del forat per al contenidor.

Aquest mètode és el més senzill.A més, estalvia recursos materials que es gastarien en la compra d'un motor, com és el cas d'un rellotge. A més, pots instal·lar tu mateix el mecanisme rotatiu en forma de rellotge d'aigua, sense ni tan sols tenir cap coneixement especial.

Els beneficis de les plaques solars

L'energia solar és una àrea prometedora que està en constant desenvolupament. Tenen diversos avantatges principals. Facilitat d'ús, llarga vida útil, seguretat i assequibilitat.

Els aspectes positius de l'ús d'aquest tipus de bateria:

• Renovable: aquesta font d'energia pràcticament no té restriccions, a més, és gratuïta. Almenys durant els propers 6.500 milions d'anys. Cal seleccionar l'equip, instal·lar-lo i utilitzar-lo per al propòsit previst (en una casa privada o parcel·la de cabana).
• Abundància - La superfície de la terra rep de mitjana uns 120.000 terawatts d'energia, que és 20 vegades el consum d'energia actual. Els panells solars per a cases de camp o cases particulars tenen un gran potencial d'ús.
• Constança: l'energia solar és constant, de manera que la humanitat no es veu amenaçada amb una despesa excessiva en el procés d'ús.
• Disponibilitat: l'energia solar es pot generar en qualsevol zona, sempre que hi hagi llum natural. Tanmateix, la majoria de vegades s'utilitza per a la calefacció de la llar.
• Neteja ecològica: l'energia solar és una indústria prometedora que substituirà les centrals elèctriques que funcionen amb recursos no renovables: gas, torba, carbó i petroli en el futur. Segur per a la salut de persones i animals de companyia.

• Durant la producció de panells i la instal·lació de centrals solars, no es produeixen emissions importants de substàncies nocives o tòxiques a l'atmosfera.
• Silenciós: la generació d'electricitat és gairebé silenciosa i, per tant, aquest tipus de central és millor que els parcs eòlics. El seu treball va acompanyat d'un brunzit constant, a causa del qual l'equip falla ràpidament i els empleats han de fer pauses freqüents per descansar.
• Econòmic: quan s'utilitzen plaques solars, els propietaris experimenten una reducció significativa de les factures d'electricitat. Els panells tenen una llarga vida útil: el fabricant ofereix una garantia als panells de 20 a 25 anys. Al mateix temps, el manteniment de tota la central elèctrica es redueix a la neteja periòdica (cada 5-6 mesos) de les superfícies del panell de la brutícia i la pols.

El principi de funcionament de la bateria solar

Com a resultat de la fuita de càrrega al límit de les capes p i n, es forma una zona de càrrega positiva no compensada a la capa n i una zona de càrrega negativa a la capa p, és a dir. conegut per tothom des del curs escolar de física p-n-junction. La diferència de potencial que es produeix a la transició, la diferència de potencial de contacte (barrera de potencial) impedeix el pas dels electrons de la capa p, però passa lliurement portadors menors en sentit contrari, la qual cosa permet obtenir foto-EMF quan arriba la llum solar. la cèl·lula solar.

Quan s'exposen a la llum solar, els fotons absorbits comencen a generar parells d'electró-forat sense equilibri. Els electrons generats prop de la transició passen de la capa p a la regió n.

De la mateixa manera, l'excés de forats i la capa n entren a la capa p (figura a).Resulta que una càrrega positiva s'acumula a la capa p i una càrrega negativa s'acumula a la capa n, provocant una tensió al circuit extern (figura b). La font de corrent té dos pols: positiu - capa p i negatiu - capa n.

Aquest és el principi bàsic del funcionament de les cèl·lules solars. Així doncs, els electrons semblen córrer en cercle, és a dir. deixar la capa p i tornar a la capa n, passant per la càrrega (acumulador).

La sortida fotoelèctrica en un element d'unió única és proporcionada només per aquells electrons que tenen una energia superior a l'amplada d'una determinada banda intercalada. Els que tenen menys energia no participen en aquest procés. Aquesta restricció es pot eliminar mitjançant estructures multicapa que consisteixen en més d'un SC, en el qual banda prohibida diferents. S'anomenen cascada, multijunció o tàndem. La seva conversió fotoelèctrica és més alta a causa del fet que aquestes cèl·lules solars funcionen amb un espectre solar més ampli. En elles, les fotocèl·lules es localitzen a mesura que disminueix la banda intercalada. Els raigs solars cauen primer sobre la fotocèl·lula amb la zona més ampla, mentre que es produeix l'absorció dels fotons amb més energia.

Aleshores, els fotons passats per la capa superior cauen sobre el següent element, i així successivament. En el camp dels elements en cascada, la direcció principal de la investigació és l'ús de l'arsenur de gal·li com un component o diversos. Aquests elements tenen una eficiència de conversió del 35%.Els elements estan connectats a una bateria, ja que les capacitats tècniques no permeten fabricar un element separat de gran mida (per tant, potència).

Les cèl·lules solars poden funcionar durant molt de temps. S'han demostrat com una font d'energia estable i fiable, ja que s'han provat a l'espai, on el principal perill per a ells és la pols i la radiació meteòrica, que condueixen a l'erosió dels elements de silici. Però, com que, a la Terra, aquests factors no tenen un efecte tan negatiu sobre ells, es pot suposar que la vida útil dels elements serà encara més llarga.

Les plaques solars ja estan al servei de l'home, sent font d'energia per a diversos dispositius, des dels telèfons mòbils fins als vehicles elèctrics.

I aquest ja és el segon intent de l'home per frenar l'energia solar il·limitada, obligant-la a treballar pel seu propi bé. El primer intent va ser crear col·lectors solars, en els quals es generava electricitat escalfant aigua fins a un punt d'ebullició amb els raigs solars concentrats.

L'avantatge de les bateries solars és que produeixen directament electricitat, perdent molta menys energia que els col·lectors solars multietapa, en els quals el procés d'obtenció d'aquesta s'associa a la concentració dels raigs solars, escalfant aigua, generant vapor que fa girar una turbina de vapor. , i només després generant electricitat mitjançant un generador. Els principals paràmetres dels panells solars - en primer lloc, l'energia

Llavors és important quanta energia tenen

Aquest paràmetre depèn de la capacitat de les bateries i del seu nombre. El tercer paràmetre és el consum màxim d'energia, que significa el nombre de connexions simultàniament possibles dels dispositius.Un altre paràmetre important és la tensió nominal, que determina l'elecció d'equips addicionals: inversor, panell solar, controlador, bateria.

Avantatges i inconvenients

Els panells solars, com altres dispositius, tenen els seus propis avantatges i desavantatges. Els avantatges indubtables d'aquests sistemes inclouen els següents:

• La possibilitat de funcionament autònom us permet organitzar l'alimentació d'objectes, dispositius electrònics i il·luminació, a distància a una distància considerable de les xarxes elèctriques estacionàries.
• Important estalvi de costos durant el funcionament. La llum solar que es converteix en electricitat no costa res i no requereix costos addicionals. Només heu de pagar els inversors i les bateries que requereixen canvis periòdics. I fins i tot en aquest cas, les plaques solars pagaran en uns 10 anys amb un període de garantia mitjà de 25-30 anys. Si seguiu totes les normes de funcionament, les bateries poden durar encara més.
• En comparació amb les centrals elèctriques convencionals que consumeixen combustible i contaminen el medi ambient, l'esquema de funcionament del panell solar és respectuós amb el medi ambient i sense sorolls.

Tanmateix, aquests dispositius també tenen greus inconvenients, que s'han de tenir en compte per endavant en els càlculs preliminars:

• L'alt cost no només dels panells, sinó també dels components addicionals: inversors, controladors, bateries.
• La recuperació triga massa. Els diners es retiren de la circulació durant molt de temps.
• Els sistemes solars amb cèl·lules fotovoltaiques requereixen molt d'espai.Molt sovint, per a aquests propòsits, cal utilitzar no només tot el sostre, sinó també les parets de l'edifici, violant greument les solucions de disseny de disseny. Es necessita espai addicional per a bateries de gran capacitat, que en alguns casos poden ocupar una habitació sencera.
• El procés de generació d'electricitat es produeix de manera desigual, segons l'hora del dia. Aquest inconvenient es compensa amb les bateries recarregables, que acumulen electricitat durant el dia i la donen als consumidors a la nit.

Transistors com a base dels elements lleugers

Els transistors són adequats per al nostre propòsit, ja que al seu interior tenen un element semiconductor de silici força gran, que s'utilitzarà per produir electricitat. El millor és optar per transistors com KT o P.

Comencem a treballar. En primer lloc, tallem la coberta metàl·lica del nombre necessari de components de ràdio. Això és més fàcil de fer si subjecteu el transistor en un torn i el talleu amb cura amb una serra de metall. A dins hi veureu un plat. Aquesta és la part principal del nostre futur dispositiu. Ens servirà de fotocèl·lula.

La peça tindrà tres contactes: base, emissor i col·lector. Durant el muntatge, escolliu la unió del col·lector a causa de la diferència de potencial més alta.

El muntatge de fer-ho vostè mateix es fa millor sobre una superfície plana amb qualsevol material dielèctric.

Els transistors que utilitzareu per crear plaques solars s'han de comprovar abans de treballar. Per a aquests propòsits, prenem un multímetre simple.Cal canviar el dispositiu al mode de mesura actual, encendre-lo entre la base i el col·lector o emissor del transistor. Traiem l'indicador, normalment el dispositiu mostra un petit corrent, fraccions d'un mil·liamp; menys sovint una mica més d'1 mA. A continuació, canviem el dispositiu al mode de mesura de tensió (límit 1-3 V) i obtenim el valor de la tensió de sortida (serà aproximadament unes dècimes de volt). És desitjable agrupar transistors amb valors propers de voltatges de sortida.

Muntatge

Els panells solars estan muntats en una estructura especial, la connexió amb la qual determina la capacitat de les fotocèl·lules per suportar qualsevol condició meteorològica adversa, com ara fort vent, pluja o neu, i també contribueix a la formació de l'angle d'inclinació correcte.

Aquest disseny està disponible per a la venda en les següents versions:

• inclinat: aquests sistemes són òptims per a la instal·lació en un sostre inclinat;
• horitzontal: aquest disseny s'adjunta als sostres plans;
• autònom: les bateries d'aquest tipus es poden instal·lar en sostres de diferents tipus i mides.

El procés real d'instal·lació de bateries es realitza d'acord amb el següent esquema:

per subjectar el marc del panell, es requereixen quadrats metàl·lics de 50x50 mm de mida i, a més, es requereixen quadrats de 25x25 mm, que s'utilitzen per a bigues separadores.

La presència d'aquestes peces permet assolir la resistència requerida i l'estabilitat fiable de l'estructura de suport, i també proporciona el grau d'inclinació requerit;
cal muntar el marc, per a això necessiteu cargols de 6 i 8 m de mida;
l'estructura es fixa sota el sostre amb tacs de 12 mm;
Es formen petits forats als quadrats preparats, s'hi fixen panells i s'han d'utilitzar cargols per a una adherència més forta;
Durant els treballs d'instal·lació, s'ha de prestar especial atenció al marc: no hi hauria d'haver cap distorsió. En cas contrari, es pot produir una sobretensió del sistema, que provocarà un trencament del vidre.

La instal·lació de fonts de calor i llum solars a la loggia o al balcó es fa segons un esquema similar. L'única excepció és que el marc està muntat en un pla inclinat. Es munta entre el mur de suport principal de l'edifici i el final de l'edifici, sempre al costat assolellat. L'automuntatge i la instal·lació de plaques solars de tot tipus no requereix experiència en treballs de construcció, però, encara es requereixen algunes habilitats d'instal·lació. Si ho desitgeu, podeu fer la instal·lació amb seguretat, però abans seria bo llegir literatura especial sobre les característiques de la instal·lació de pales i estudiar les classes magistrals disponibles a Internet i, per descomptat, abastir-vos de les eines necessàries.

Els avantatges de treballar amb les vostres pròpies mans són evidents: això us permet estalviar molts diners en els serveis d'especialistes, així com una gran experiència que podeu necessitar en el futur. Al mateix temps, si les habilitats personals no són suficients, no només podeu perdre temps, sinó també fer que els panells es trenquin o la seva baixa eficiència.

Peculiaritats

Actualment, les bateries a base de policristalls fotovoltaics són les més utilitzades.Aquests models es distingeixen per una combinació òptima de costos i la quantitat d'energia alliberada, es caracteritzen per un color blau ric i una estructura cristal·lina dels elements principals. Són molt fàcils d'instal·lar, perquè fins i tot un mestre sense molta experiència laboral pot fer front a la seva instal·lació a la seva casa particular i a la seva casa d'estiueig. Els panells fotovoltaics monocristal·lins són els segons més populars.

Les cèl·lules solars, que es fan amb silici amorf, es caracteritzen per una eficiència força baixa. No obstant això, els seus preus són una mica més baixos que el cost dels anàlegs, de manera que el model té una demanda entre els propietaris de cases de camp. Actualment, aquests productes representen el 85% del mercat. No poden presumir de modificacions d'alta potència i tel·lurur de cadmi; la seva producció es basa en una tècnica de pel·lícula d'alta tecnologia: s'apliquen diversos centenars de micròmetres d'una substància en una capa fina sobre una superfície duradora. Cal destacar que a un nivell d'eficiència molt baix del producte, la seva potència és força elevada.

Una altra opció per a bateries d'energia solar són les varietats basades en semiconductors CIGS. Com la versió anterior, es produeixen amb tecnologia cinematogràfica, però la seva eficiència és molt superior. Per separat, val la pena fixar-se en el mecanisme de funcionament de la calor solar i les fonts de llum. El més important és adonar-se clarament que la quantitat total d'energia generada no pot dependre de cap manera del grau d'eficiència del propi dispositiu, ja que normalment tots els tipus d'aquests dispositius proporcionen una potència aproximadament idèntica.La principal diferència és que els panells que tenen la màxima eficiència requereixen menys espai per a la seva instal·lació.

Els panells solars tenen els següents avantatges:

• compatibilitat amb el medi ambient de la instal·lació;
• llarg període d'ús, durant el qual les característiques operatives dels panells es mantenen constantment altes;
• les tecnologies poques vegades es trenquen, per tant, no necessiten servei i manteniment, ni reparacions costoses;
• l'ús de bateries basades en energia solar permet reduir el cost de l'electricitat i el gas a la casa;
• Els panells solars són excepcionalment fàcils d'utilitzar.

Tanmateix, tampoc va estar exempt d'inconvenients, entre els més significatius destaquen els següents:

• panells d'escenari alt;
• la necessitat d'instal·lar una varietat d'equips addicionals per sincronitzar eficaçment l'energia rebuda de la bateria i la que s'obté de fonts tradicionals;
• els panells no es poden utilitzar en contacte amb aquests aparells que requereixen altes potències.

9. Característiques de les cèl·lules solars amb punts quàntics

L'últim tipus prometedor de bateries del futur proper es basa en les propietats dels punts quàntics físics: inclusions microscòpiques de semiconductors en un material determinat. Geomètricament, aquests "punts" tenen una mida d'uns pocs nanòmetres i es distribueixen en el material per cobrir l'absorció de la radiació de tot l'espectre solar: IR, llum visible i UV.

Un gran avantatge d'aquests panells és la capacitat de treballar fins i tot de nit, generant al voltant del 40% de la potència màxima diürna.

Característiques físiques i tècniques, certificació i etiquetatge

Independentment de quins panells solars estiguin fets, cadascun d'ells té una sèrie de les següents característiques importants:

• mecànica – paràmetres geomètrics, pes total, tipus de marc, vidre protector, nombre de cel·les, tipus i amplada dels connectors;
• elèctrica o volt-ampere - potència, tensió de circuit obert, intensitat de corrent a càrrega màxima, eficiència del panell en conjunt i cèl·lules individuals en particular;
• temperatura - canvi d'eficiència amb un augment de la temperatura en una determinada unitat de magnitud (normalment - 1 grau);
• qualitat – vida útil, taxa de degradació cel·lular, presència a les llistes de classificació de Bloomberg;
• funcional - la necessitat i facilitat de cura, facilitat d'instal·lació / desmuntatge.

Les plaques solars industrials, independentment dels materials amb què estiguin fetes, han d'estar certificades. Els requisits mínims són els certificats de qualitat ISO, CE, TUV (internacional) i/o la Unió Duanera (quan es ven dins d'aquesta).

Les normes internacionals d'etiquetatge també són obligatòries. Per exemple, abreviatura CHN-350M-72 conté la informació següent:

• CHN - identificador del fabricant (en aquest cas, ChinaLand xinès);
• 350 - Potència del panell en watts;
• M – designació de silici monocristall;
• 72 és el nombre de cèl·lules fotovoltaiques del mòdul.

Què pots fer panells solars amb les teves pròpies mans a casa?

Això requereix el següent:

Esquema i càlculs previs.
Un cert nombre de cèl·lules solars prefabricades: són les més barates per comprar en línia, per exemple, al lloc web d'Aliexpress o en altres botigues en línia

Preste atenció al fet que tots els elements tenen les mateixes característiques elèctriques. Marc casolà de fusta i fusta contraxapada: les regles per al seu muntatge es poden veure en nombrosos vídeos a la xarxa

Plexiglas o plexiglàs per a recobriment de protecció superficial.
Pintura i cola resistent a la calor per processar superfícies de fusta.
Cintes de contacte i cables per connectar cèl·lules. També es poden estudiar esquemes de diferents mètodes de connexió a Internet.
Soldador i soldadura. Els treballs de soldadura s'han de fer amb molta cura per no fer malbé el futur producte.
Cola de silicona i cargols autorroscants per a la fixació de la bateria prefabricada al marc.

Una bateria petita requerirà una inversió d'entre 30 i 50 dòlars, mentre que una versió de fàbrica de la mateixa capacitat només costarà un 10-20% més.

Per descomptat, aquest disseny casolà no durarà 25 anys, no tindrà la potència d'una central d'energia solar en tota regla i no podrà presumir d'una eficiència significativa. No obstant això, el seu cost serà el més mínim possible.

Dispositiu de bateria solar

Perquè la bateria solar sigui capaç de convertir la llum del sol en corrent, són necessaris els elements següents:

1. Una capa fotovoltaica que fa el paper de semiconductor. Està representat per dues capes de materials de conductivitat diferent. Aquí, els electrons poden moure's de la regió p (+) a la regió n (-). Això s'anomena unió p-n;
2. Un element es col·loca entre dues capes de semiconductors, que és essencialment una barrera a la transició dels electrons;
3. Font d'energia. Cal connectar-se a un element que impedeix la transferència d'electrons. Transforma el moviment dels electrons carregats, és a dir. crea un corrent elèctric.Bateria acumuladora. Acumula i emmagatzema energia;
4. controlador de càrrega. La seva funció principal és connectar i desconnectar la bateria solar en funció del nivell de càrrega. Els dispositius més sofisticats són capaços de controlar el nivell de potència màxim;
5. convertidor DC a AC (inversor);
6. Estabilitzador de tensió. Proporciona protecció al sistema de bateries solars contra sobretensions.