Au devenit atât de răspândite încât fiecare utilizator poate comanda componente și poate asambla și instala panouri fotovoltaice cu propriile mâini. Desigur, problema prețului rămâne relevantă, deoarece panourile solare nu sunt deloc varianta ieftina, dar este prietenos cu mediul. Și costul devine mai ieftin în fiecare an. Deci, probabil că toată lumea a venit peste ideea de a folosi o astfel de sursă de electricitate, dar nu toată lumea cunoaște principiul de funcționare a unei baterii solare.

Video despre cum funcționează baterie solară

Principiul de funcționare al unei baterii solare

Pentru a înțelege cum funcționează o baterie solară, trebuie să înțelegeți în ce constă. De obicei, o sursă de energie solară constă din următoarele părți:

• generator de curent continuu(alias panou solar)

• Baterie cu control de încărcare și invertor care transformă curentul în curent alternativ

• La rândul său panoul este format din convertoare fotoelectrice care, vorbind într-un limbaj simplu, transforma energie solară la electric. Cel mai adesea acestea sunt baterii cu siliciu policristalin sau monocristalin. Diferența este în eficiență și tehnologie de producție.

Principiul de funcționare al unei centrale solare este interacțiunea secvențială a unui număr de elemente rețea unificată. Elementele dintr-un panou solar sunt conectate în serie și în paralel. Acest lucru se face pentru a crește puterea, tensiunea și curentul. În plus, o astfel de conexiune va proteja părțile rămase ale circuitului în cazul defecțiunii unui element.

• Bateriile sunt, de asemenea, pline de așa-numitele diode. Principiul de funcționare al panourilor solare se bazează pe aceste elemente. Astfel de diode protejează panoul în timpul diminuării parțiale. În timpul unor astfel de întreruperi, bateria nu își întrerupe funcționarea, dar produce cu un sfert mai puțină putere. Concluzia este că diodele împiedică supraîncălzirea celulelor solare, care în timpul întunecării încep să consume electricitate în loc să o genereze.

• Mai departe Electricitatea este stocată în baterii.Și apoi este trimis la sistem. Punct important este că numărul de elemente conectate în paralel și în serie din panoul solar este calculat în așa fel încât tensiunea furnizată bateriilor să depășească tensiunea bateriei în sine. Chiar și ținând cont de drawdown. În acest caz, curentul de sarcină al bateriei solare trebuie să asigure o cantitate suficientă de curent de încărcare. Acest parametru trebuie luat în considerare atunci când .

• Altul factor important la locul de muncă panouri solare — putere utilă. Exact acest indicator reflectă rentabilitatea utilizării pentru utilizator. Această putere este calculată pe baza tensiunii și a curentului de ieșire al instalației. Și acești indicatori, la rândul lor, depind de puterea luminii solare care cade direct pe panou. Apropo, de asemenea temperaturi ridicate nu sunt utile pentru funcționarea panourilor solare. La urma urmei, cu încălzirea intensă de către soare, așa-numita forță electromotoare a elementelor producătoare de electricitate scade. Cu toate acestea, cu cât lumina soarelui este mai strălucitoare, cu atât se generează mai mult curent.

Acum câteva formule despre principiul de funcționare a panourilor solare.

Cum funcționează un panou solar? De exemplu, o baterie solară este conectată la o sarcină cu o rezistență măsurată (Rn). În consecință, în circuit apare un curent (eu). În același timp, indicatorul eu se formează în dependență directă de calitatea convertorului din circuit, puterea iluminării solare și rezistența. În continuare ne vom uita Un. Un- aceasta este tensiunea care se creează la bornele panourilor solare. Ca urmare, cunoscând acești indicatori, putem calcula puterea care apare în sarcina instalației: Pn = InUn

Cu toate acestea, fiecare panou are propria rezistență optimă și depinde de nivelul de eficiență.

• Pe vreme înnorată, încărcarea bateriei scade în mod natural datorită mai puțină energie electrică generată de panouri.

• În timpul acestui proces, electricitatea este primită de receptor. Cu alte cuvinte, bateriile sunt întotdeauna fie încărcate, fie descărcate. Acest mecanism de interacțiune este controlat de controler. Cel mai adesea, funcționarea bateriilor într-un circuit este proiectată în așa fel încât acestea să fie foarte Se încarcă rapid până la 80-90% și apoi durează mult timp pentru a colecta încărcarea rămasă.

Astăzi, cele mai eficiente baterii pentru utilizarea în sistemele alternative de alimentare cu energie sunt bateriile cu gel. Astfel de baterii nu necesită întreținere și sunt nepretențioase în condiții de funcționare. În acest caz, durata de viață de obicei ajunge la 10 ani.

• Controler, rezistență și invertor Controlor

• necesare pentru conectarea bateriilor la rețea. Acesta controlează încărcarea. Absoarbe capacitatea de generare a energiei în exces.

• Invertor necesar pentru alimentarea normală a rețelei electrice, cu excepția cazurilor în care este necesară alimentarea receptoarelor care funcționează mai degrabă pe tensiune continuă decât pe tensiune alternativă.

Desigur, este dificil de înțeles toate complexitățile lucrării. Dar sperăm că veți găsi răspunsurile pe paginile site-ului nostru. Lucru mai clar celule solare poate fi înțeles din diagrame grafice.

Sursele alternative de energie care transformă lumina soarelui în electricitate devin din ce în ce mai solicitate în viața de zi cu zi și în industrie. Ele sunt folosite în aviație, dezvoltare spațială, electronică și pentru a crea transport ecologic. Dar cea mai promițătoare industrie este considerată a fi furnizarea de energie a clădirilor: energia aparate electrocasnice si sisteme de incalzire a locuintei, incalzire cu apa calda. Avantajele includ: independență față de sezon și utilități, capacitatea de a acumula rezerve de energie, fiabilitate și pe termen lung servicii. Dar pentru a obține efectul maxim din utilizare, este important să cunoașteți principiul de funcționare al bateriilor și să respectați condițiile de instalare și funcționare a acestora.

Convertoarele fotovoltaice sau acumulatorii solari sunt o napolitană cu proprietăți semiconductoare care produce D.C. când razele de lumină îl lovesc. Baza poate fi siliciul (cel mai comun tip) și compușii săi cu cupru, galiu, cadmiu, indiu, amforă, celule solare organice sau chimice și film polimeric.

Fiecare material are propriul coeficient PV solar (de la 5 la 30%) și, ca rezultat, produce o anumită putere la intensitate egală flux luminos. Depinde mult de suprafața bateriei; un singur cip semiconductor produce o cantitate mică de energie, este necesar 1 m2 de panou pentru a produce 0,15 kW. Excepție fac compușii polimeri multistrat inovatori (monocristale), eficiența lor ajunge la 30%, dar această tehnologie nu este încă disponibilă pentru consumatorul mediu.

Pe lângă placă, circuitul bateriei solare include dispozitive auxiliare (pentru transmiterea, distribuția și stocarea energiei):

• Invertor sau convertor DC/DC.
• Depozitare pt funcţionare neîntreruptă sisteme pe timp de noapte sau pe vreme înnorată.
• Stabilizator de tensiune.
• Controler de urmărire a încărcăturii.

În funcție de zonă, se folosesc baterii miniaturale de putere redusă (până la 10 W) sau panouri staționare mari. Primele sunt portabile (populare pentru încărcarea unui laptop, calculator, dispozitive mobile). Acestea din urmă servesc adesea la furnizarea de energie și încălzirea casei și sunt de obicei amplasate pe acoperiș. Întrucât puterea bateriilor este complet proporțională cu intensitatea solară, a devenit recomandabil să se plaseze panouri de urmărire (care modifică unghiul de amplasare în funcție de mișcarea Soarelui). Grosimea opțiunilor de semiconductor este nesemnificativă (de la 10 microni la 10 cm), dar ținând cont de dispozitivele auxiliare, modulele cântăresc mai mult, ceea ce este luat în considerare la calcularea sarcinii pe căpriori și suprafața acoperișului.

Principiul conversiei fotoelectrice

Pentru a înțelege cum funcționează o baterie solară, ar trebui să vă amintiți cursul de fizică din școală. Când lumina lovește o placă de două straturi de semiconductori conductivitate diferită apare efect p-n tranziție, electronii din catod își părăsesc atomii și sunt capturați la nivelul anodului. Când sunt conectate la un circuit de sarcină (baterie), ei renunță la energia încărcată pozitiv și revin la stratul n. Acest fenomen este mai bine cunoscut ca „efect fotoelectric extern”, iar placa cu dublu strat ca „fotocelulă”. Cel mai adesea se folosește același material: un semiconductor de bază cu un anumit tip conductivitatea este acoperită cu un strat cu sarcină opusă, dar cu concentrație mare alierea impurităților.

Acest principiu de funcționare al celulelor solare a rămas neschimbat de la descoperirea efectului; La limita zonei are loc tranziția electron-gaură. Când sunt expuse la lumina soarelui, particulele încărcate diferit se mișcă în ambele direcții când circuitul fotovoltaic este închis, ele efectuează lucrări asupra sarcinii. Pentru transferul complet (colectarea și îndepărtarea electronilor) se utilizează sistem de contact(partea exterioară a bateriei seamănă cu o grilă sau un pieptene, iar spatele este de obicei solid). Cu cât zona este mai înaltă joncțiune p-n iar raportul de conversie fotoelectric al semiconductorului, cu atât mai multă putere produce dispozitivul. Fenomen fizic iar principiul de funcționare nu depinde de temperatura aerului, importantă doar intensitatea luminii solare. Ca urmare, eficiența panoului este influențată de conditiile meteo, clima, anotimp, latitudine.

Modalități de îmbunătățire a eficienței bateriei

Chiar și în centrul Rusiei instalația baterii solare se plătește de la sine în 3–5 ani, deoarece razele sunt absolut gratuite și disponibile pe tot parcursul anului. Dar pentru a încălzi integral o casă cu 100 m2 suprafață utilă vor fi necesare aproximativ 30 m2 de panouri. Pentru a îmbunătăți principiul efectului fotoelectric, se recomandă efectuarea următoarelor lucrări:

1. Așezați bateriile pe partea de sud la un unghi de cel puțin 30°.
2. Nu instalați panouri solare la umbra copacilor înalți.
3. O dată la 2 ani, curățați suprafața de murdărie.
4. Instalați sisteme de urmărire a luminii solare.

Nu merită să abandonați complet furnizarea de energie externă, chiar și complexele moderne nu sunt capabile să acumuleze o cantitate suficientă de energie pentru a alimenta complet clădirea în timpul vremii nefavorabile. Cel mai bine sunt utilizate ca parte a unui sistem combinat.

Probabil ai observat asta calculator obișnuit Funcționează cu iluminare minimă de la orice lampă. Comparând dimensiunea celulei solare a calculatorului și a unui modul solar standard, puterea de radiație poate oferi o idee despre performanță.

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 este mai scăzută mediu, cu atât 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 viata de zi cu zi pentru alimentarea și încărcarea portabilelor 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, acest lucru nu este adevărat. 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. Acest conversie directă o energie în alta, deoarece procesul în sine este într-o singură etapă - nu are 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. Când sunt combinate în într-o anumită ordine mai multe convertoare fotovoltaice într-un modul, și module 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 cantitate uriașă 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. U n-şi graniţe Straturile p, ca urmare a fluxului de sarcină, zonele epuizate sunt formate 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 purtătorilor minoritari să treacă în direcții 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 în apropierea joncțiunii p-n se apropie de joncțiunea p-n și de cei existenți în ea câmp electric sunt transferate în regiunea n.

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 al sursei 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. Radiația electromagnetică 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, în Orientul Îndepărtat durata de însorire 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 dimensiuni diferite in functie de cantitatea de energie necesara.

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 suprafețe 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 temperaturi la care este posibil să se obțină cel mai mare număr 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 direct razele solare. 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

Liniile Nazca

Mistere nerezolvate

Tyrone

Catedrala Sf. Isaac – povestea profețiilor împlinite

Bulawan - insula ucigașă

Materialele viitorului

Grafenul a fost obținut pentru prima dată de oamenii de știință ruși Andrei Geim și Konstantin Novoselov în 2004. la Universitatea din Manchester din Anglia. În 2010...

Decor de tip bricolaj

Cu toții suntem maeștri designeri puțin câte puțin, încetul cu încetul, după imaginația noastră și diverse abilități aplicate. Unii oameni preferă tapetul din hârtie cu un model...

Misterele Egiptului Antic: Electricitate

Cum erau iluminate coridoarele și criptele din piramide, unde pereții erau acoperiți în scris? Aceasta este o întrebare ca multe altele -...

Cum să alegi un robot de bucătărie

Un robot de bucatarie este o salvare pentru gospodinele moderne de a sta in loc multe ore in bucatarie, cu cutitul in mana si taind salate de sarbatoare...

Vehicul cu aer comprimat MiniC.A.T

Dezvoltarea unei mașini care ar putea deveni o alternativă reală la o mașină modernă, se întâmplă de mult timp. Cu toate acestea, până acum schimbare fundamentală pe...

Turnul înclinat din Pisa

Turnul din Pisa este unul dintre cele mai recunoscute simboluri ale Italiei. În ceea ce privește recunoașterea, această clădire poate concura cu Colosseumul Roman sau...

provincia belgiană Anvers

Orașul Lier din Belgia a fost fondat de St. Gummar în secolul al VIII-lea. la confluența a două râuri - Bolshaya Nete și...

În primul rând, perlele sunt o piatră incredibil de frumoasă care a fost...

Coada la oameni

Este amuzant, dar o persoană are coadă. La anumită perioadă. Se stie...

Grosimea gheții în Antarctica

În ciuda reducerii zonei de gheață continentală din Antarctica, grosimea acesteia este în creștere.

Celulele fotovoltaice au fost folosite cândva aproape exclusiv în spațiu, de exemplu ca sursă principală de energie pentru sateliți. De atunci, panourile solare au devenit din ce în ce mai mult parte din viața noastră: acopera acoperișurile caselor și mașinilor și sunt folosite în ceas de mânăși chiar purtând ochelari întunecați.

Dar cum funcționează panourile solare? Cum este posibil să transformăm energia luminii solare în electricitate?

Principii de bază

Panourile solare constau din celule fotovoltaice ambalate într-un cadru comun. Fiecare este realizat dintr-un material semiconductor, cum ar fi siliciul, care este cel mai frecvent utilizat în celulele solare.

Când razele cad pe un semiconductor, acesta se încălzește, absorbindu-le parțial energia. Influxul de energie eliberează electroni în semiconductor. Un câmp electric este aplicat unei fotocelule, care direcționează electronii liberi, determinându-i să se miște într-o anumită direcție. Acest flux de electroni se formează curent electric.

Dacă atașați contacte metalice în partea de sus și de jos a fotocelulei, puteți direcționa curentul rezultat prin fire și îl puteți utiliza pentru a funcționa diverse dispozitive. Curentul împreună cu tensiunea celulei determină cantitatea de energie electrică produsă de celula fotovoltaică.

Panou solar

©depositphotos.com

Semiconductori de siliciu

Să luăm în considerare procesul de eliberare a electronilor folosind siliciu ca exemplu. Un atom de siliciu are 14 electroni în trei învelișuri. Primele două învelișuri sunt complet umplute cu doi și, respectiv, opt electroni. A treia înveliș este pe jumătate goală - are doar 4 electroni.

Datorită acestui fapt, siliciul are o formă cristalină; Încercând să umple golurile din al treilea înveliș, atomii de siliciu încearcă să „împartă” electronii cu vecinii lor. Cu toate acestea, cristalul de siliciu formă pură- un conductor slab, deoarece aproape toți electronii săi sunt așezați ferm în rețeaua cristalină.

Prin urmare, celulele solare nu folosesc siliciu pur, ci cristale cu impurități mici, adică atomi de alte substanțe sunt introduși în siliciu. Există doar un atom la un milion de atomi de siliciu, de exemplu, un atom de fosfor.

Fosforul are cinci electroni în învelișul său exterior. Patru dintre ei formează legături cristaline cu atomii de siliciu din apropiere, dar al cincilea electron rămâne de fapt „atârnând” în spațiu, fără nicio conexiune cu atomii vecini.

Când siliciul este lovit de lumina soarelui, electronii săi primesc energie suplimentară, care este suficientă pentru a-i îndepărta de atomii corespunzători. Drept urmare, „găurile” rămân la locul lor. Electronii eliberați rătăcesc în jurul rețelei cristaline ca purtători de curent electric. Când întâlnesc o altă „gaură”, o umplu.

Cu toate acestea, în siliciul pur există prea puțini astfel de electroni liberi din cauza legăturilor puternice ale atomilor din rețeaua cristalină. Siliciul cu un amestec de fosfor este o chestiune complet diferită. Este necesară mult mai puțină energie pentru a elibera electronii nelegați în atomii de fosfor.

Majoritatea acestor electroni devin media gratuită, care poate fi dirijată eficient și utilizată pentru a genera energie electrică. Procesul de adăugare a impurităților pentru a îmbunătăți proprietățile chimice și fizice ale unei substanțe se numește dopaj.

Siliciul dopat cu atomi de fosfor devine un semiconductor electronic de tip n (de la cuvântul „negativ”, datorită sarcinii negative a electronilor).

Siliciul este, de asemenea, dopat cu bor, care are doar trei electroni în învelișul său exterior. Rezultatul este un semiconductor de tip p (de la „pozitiv”), în care apar „găuri” încărcate pozitiv liber.

Dispozitiv cu baterii solare

Ce se întâmplă dacă combinați un semiconductor de tip n cu un semiconductor de tip p? În primul dintre ei s-au format mulți electroni liberi, iar în al doilea - multe găuri. Electronii vor să umple golurile cât mai repede posibil, dar dacă se întâmplă acest lucru, ambii semiconductori vor deveni neutri din punct de vedere electric.

În schimb, atunci când electronii liberi intră într-un semiconductor de tip p, regiunea de la joncțiunea ambelor substanțe devine încărcată, formând o barieră care nu este atât de ușor de traversat. Pe limita p-n tranziție, apare un câmp electric.

Energia fiecărui foton al luminii solare este de obicei suficientă pentru a elibera un electron și, prin urmare, pentru a forma o gaură suplimentară. Dacă acest lucru se întâmplă în apropierea unei joncțiuni p-n, câmpul electric trimite un electron liber pe latura n și o gaură pe latura p.

Astfel, echilibrul este perturbat și mai mult, iar dacă sistemului este aplicat un câmp electric extern, electronii liberi vor curge către partea p pentru a umple găurile, creând un curent electric.

Din păcate, siliciul reflectă lumina destul de bine, ceea ce înseamnă că o parte semnificativă din fotoni este irosită. Pentru a reduce pierderile, fotocelulele sunt acoperite acoperire antireflex. În cele din urmă, pentru a proteja panoul solar de ploaie și vânt, se obișnuiește și acoperirea cu sticlă.

Cea mai mare navă din lume alimentată cu energie solară PlanetSolar

©PlanetSolar/ Philip Plisson

Coeficient acțiune utilă panourile solare moderne nu sunt prea înalte. Cele mai multe dintre ele procesează eficient 12 până la 18% din lumina soarelui care le lovește. Cele mai bune mostre au depășit bariera de eficiență de 40 la sută.

În zilele noastre, aproape toată lumea poate asambla și are la dispoziție propria sursă independentă de energie electrică folosind baterii solare (în literatura științifică sunt numite panouri fotovoltaice).

În timp, echipamentele scumpe sunt compensate de posibilitatea de a primi electricitate gratuită. Este important ca panourile solare să fie o sursă de energie ecologică. Pentru ultimii ani prețurile la panourile fotovoltaice au scăzut de zeci de ori și continuă să scadă, ceea ce indică perspective mari pentru utilizarea lor.

ÎN aspect clasic o astfel de sursă de energie electrică va consta din următoarele părți: direct, o baterie solară (generator DC), o baterie cu un dispozitiv de control al încărcării și un invertor care transformă curentul continuu în curent alternativ.

Panourile solare constau dintr-un set de celule solare (convertoare fotovoltaice) care convertesc direct energia solara in energie electrica.

Majoritatea celulelor solare sunt fabricate din siliciu, care este destul de scump. Acest fapt va determina costul ridicat al energiei electrice, care se obține prin utilizarea panourilor solare.

Există două tipuri comune de convertoare fotovoltaice: cele din siliciu monocristalin și policristalin. Ele diferă în tehnologia de producție. Primele au o eficiență de până la 17,5%, iar cele din urmă - 15%.

Cel mai important parametrul tehnic Bateria solară care are principala influență asupra eficienței întregii instalații este puterea sa utilă. Este determinat de tensiune și curent de ieșire. Acești parametri depind de intensitatea luminii solare care lovește bateria.

Forța electromotoare a celulelor solare individuale nu depinde de zona lor și scade atunci când bateria este încălzită de soare, cu aproximativ 0,4% la 1 g. C. Curentul de ieșire depinde de intensitatea radiației solare și de dimensiunea celulelor solare. Cu cât lumina soarelui este mai strălucitoare, cu atât mai mult curent este generat de celulele solare. Curent de încărcare iar puterea de ieșire pe vreme înnorată scade brusc. Acest lucru se întâmplă prin reducerea curentului furnizat de baterie.

Dacă o baterie iluminată de soare este conectată la orice sarcină cu rezistența Rн, atunci în circuit apare un curent electric I, a cărui mărime este determinată de calitatea convertorului fotoelectric, de intensitatea iluminării și de rezistența de sarcină. Puterea Pн, care este eliberată în sarcină, este determinată de produsul Pн = InUn, unde Un este tensiunea la bornele bateriei.

Cea mai mare putere este eliberată în sarcină la o anumită rezistență optimă Ropt, care corespunde cu cea mai mare eficiență de conversie a energiei luminoase în energie electrică. Fiecare convertor are propria sa valoare Ropt, care depinde de calitatea, dimensiunea suprafeței de lucru și gradul de iluminare.

O celulă solară constă din celule solare individuale care sunt conectate în serie și paralel pentru a crește parametrii de ieșire (curent, tensiune și putere). La conexiune serială elementele crește tensiunea de iesire, cu curent de ieșire paralel.

Pentru a crește atât curentul, cât și tensiunea, aceste două metode de conectare sunt combinate. În plus, prin această metodă de conectare, defectarea uneia dintre celulele solare nu duce la defectarea întregului lanț, adică. crește fiabilitatea întregii baterii.

Astfel, o baterie solară constă din celule solare conectate în serie paralelă. Curentul maxim posibil furnizat de baterie este direct proporțional cu numărul de celule solare conectate în paralel, iar forța electromotoare este proporțională cu numărul de celule solare conectate în serie. Deci, prin combinarea tipurilor de conexiune, este asamblată o baterie cu parametrii necesari.

Celulele solare ale bateriei sunt manevrate de diode. De obicei, sunt 4 dintre ele - câte unul pentru fiecare ¼ din baterie. Diodele protejează părțile bateriei de defecțiuni care din anumite motive sunt întunecate, adică dacă la un moment dat lumina nu cade pe ele.

Bateria generează temporar cu 25% mai puțin putere de ieșire decât cu iluminarea solară normală a întregii suprafețe a bateriei.

În absența diodelor, aceste celule solare se vor supraîncălzi și se vor defecta, deoarece în timpul întunecării se transformă în consumatori de curent (bateriile sunt descărcate prin celulele solare), iar atunci când sunt utilizate diode, sunt manevrate și nu trece curent prin ele.

Energia electrică rezultată este stocată în baterii și apoi transferată la sarcină. baterii - surse chimice actual Bateria este încărcată atunci când i se aplică un potențial mai mare decât tensiunea bateriei.

Numărul de celule solare conectate în serie și paralel trebuie să fie astfel încât tensiunea de funcționare furnizată bateriilor, ținând cont de căderea de tensiune în circuitul de încărcare, să depășească puțin tensiunea bateriei, iar curentul de sarcină al bateriei să ofere cantitatea necesară de curent de încărcare.

De exemplu, pentru a încărca un lead baterie 12 V necesită o baterie solară formată din 36 de elemente.

În lumina slabă a soarelui, încărcarea bateriei scade și bateria transferă energie electrică către receptorul electric, adică. Bateriile reîncărcabile funcționează în mod constant în modul de descărcare și reîncărcare.

Acest proces este controlat controlor special. Încărcarea ciclică necesită o tensiune constantă sau un curent de încărcare constant.

Când există o iluminare bună, bateria se încarcă rapid la 90% din capacitatea sa nominală și apoi la o rată de încărcare mai mică până la capacitatea maximă. Trecerea la o rată de încărcare mai mică este efectuată de controlerul încărcătorului.

Cea mai eficientă utilizare a bateriilor speciale sunt bateriile cu gel (bateria folosește acid sulfuric ca electrolit) și bateriile cu plumb, care sunt fabricate folosind tehnologia AGM. Aceste baterii nu necesită condiții speciale de instalare și nu necesită întreținere. Durata de viață certificată a unor astfel de baterii este de 10 - 12 ani, cu o adâncime de descărcare de cel mult 20%. Bateriile nu trebuie să fie niciodată descărcate sub această valoare, altfel durata lor de viață va fi redusă drastic!

Bateria este conectată la panoul solar printr-un controler care îi controlează încărcarea. Când încărcați bateria la putere deplină Un rezistor este conectat la panoul solar, care absoarbe puterea în exces.

Pentru a converti tensiunea DC de la baterie în tensiune alternativă, care poate fi folosit pentru alimentarea majorității receptoarelor electrice, împreună cu bateriile solare pot fi folosite dispozitive speciale- invertoare.

Fără a utiliza un invertor, o baterie solară poate alimenta receptoarele electrice care funcționează tensiune constantă, incl. diverse echipamente portabile, surse de lumină cu economie de energie, de exemplu, aceleași lămpi LED.

Autorul textului: Andrey Povny. Textul a fost publicat pentru prima dată pe site-ul Electrik.info. Retipărit cu acordul editorilor.