Saules baterijas darbības princips: kā saules panelis ir sakārtots un darbojas

ūdens pulkstenis

Šo rotējošās ierīces vadības metodi izgudroja uzņēmīgs kanādiešu students, un tā ir atbildīga tikai par vienas ass, horizontālās, pagriešanu.

Arī darbības princips ir vienkāršs un ir šāds:

1. Saules baterija tiek uzstādīta sākotnējā stāvoklī, kad saules stari perpendikulāri skar fotoelementu.
2. Pēc tam vienā no sāniem piestiprina trauku ar ūdeni, bet otrā pusē kādu priekšmetu ar tādu pašu svaru kā traukam ar ūdeni. Tvertnes apakšā jābūt nelielam caurumam.
3. Caur to no tvertnes pakāpeniski iztecēs ūdens, kā rezultātā samazināsies svars, un panelis lēnām sasvērsies pretsvara virzienā. Eksperimentāli būs jānosaka tvertnes cauruma izmēri.

Šī metode ir visvienkāršākā.Turklāt tas ietaupa materiālos resursus, kas tiktu tērēti dzinēja iegādei, kā tas ir pulksteņa mehānisms. Turklāt jūs varat pats uzstādīt rotācijas mehānismu ūdens pulksteņa formā, pat bez īpašām zināšanām.

Saules paneļu priekšrocības

Saules enerģija ir daudzsološa joma, kas pastāvīgi attīstās. Viņiem ir vairākas galvenās priekšrocības. Vienkārša lietošana, ilgs kalpošanas laiks, drošība un pieejamība.

Šāda veida akumulatoru izmantošanas pozitīvie aspekti:

• Atjaunojamais - šim enerģijas avotam praktiski nav ierobežojumu, turklāt tas ir bez maksas. Vismaz nākamos 6,5 miljardus gadu. Nepieciešams izvēlēties aprīkojumu, uzstādīt to un izmantot paredzētajam mērķim (privātmājas vai kotedžas gabalā).
• Pārpilnība - Zemes virsma saņem vidēji aptuveni 120 000 teravattu enerģijas, kas ir 20 reizes lielāka par pašreizējo enerģijas patēriņu. Saules paneļiem kotedžām vai privātmājām ir milzīgs izmantošanas potenciāls.
• Noturība - saules enerģija ir nemainīga, tāpēc cilvēcei tās izmantošanas procesā nedraud pārtēriņi.
• Pieejamība – saules enerģiju var ģenerēt jebkurā zonā, ja vien ir dabiskais apgaismojums. Tomēr visbiežāk to izmanto mājas apkurei.
• Ekoloģiskā tīrība – saules enerģija ir perspektīva nozare, kas nākotnē aizstās spēkstacijas, kas strādā ar neatjaunojamiem resursiem: gāzi, kūdru, oglēm un naftu. Drošs cilvēku un mājdzīvnieku veselībai.

• Ražojot paneļus un uzstādot saules elektrostacijas, būtiskas kaitīgu vai toksisku vielu emisijas atmosfērā nenotiek.
• Kluss – Elektrības ražošana ir gandrīz klusa, un tāpēc šāda veida elektrostacijas ir labākas par vēja parkiem. Viņu darbu pavada nemitīga dūkoņa, kuras dēļ iekārta ātri sabojājas, un darbiniekiem bieži ir jāveic atpūtas pārtraukumi.
• Ekonomiski – izmantojot saules paneļus, īpašumu īpašnieki izjūt ievērojamu komunālo maksājumu samazinājumu par elektrību. Paneļiem ir ilgs kalpošanas laiks – ražotājs paneļiem dod garantiju no 20 līdz 25 gadiem. Tajā pašā laikā visas elektrostacijas apkope tiek samazināta līdz periodiskai (ik pēc 5-6 mēnešiem) paneļu virsmu tīrīšanai no netīrumiem un putekļiem.

Saules baterijas darbības princips

Lādiņa plūsmas rezultātā uz p- un n-slāņa robežas n-slānī veidojas nekompensēta pozitīvā lādiņa zona, bet p-slānī - negatīvs, t.i. visiem zināms no skolas fizikas kursa p-n-junction. Potenciālu starpība, kas rodas pārejā, kontaktpotenciāla starpība (potenciāla barjera) neļauj elektroniem iziet no p-slāņa, bet brīvi šķērso mazākos nesējus pretējā virzienā, kas ļauj iegūt foto-EMF, kad nokļūst saules gaisma. saules baterija.

Ja tiek pakļauti saules gaismai, absorbētie fotoni sāk ģenerēt nelīdzsvarotus elektronu caurumu pārus. Pārejas tuvumā radītie elektroni pāriet no p-slāņa uz n-apgabalu.

Līdzīgi liekie caurumi un slānis n nokļūst p-slānī (attēls a). Izrādās, ka p-slānī uzkrājas pozitīvs lādiņš, bet n-slānī uzkrājas negatīvs, izraisot ārējā ķēdē spriegumu (b attēls). Strāvas avotam ir divi stabi: pozitīvs - p-slānis un negatīvs - n-slānis.

Tas ir saules bateriju darbības pamatprincips. Tādējādi šķiet, ka elektroni skrien pa apli, t.i. atstāt p-slāni un atgriezties n-slānī, izejot cauri slodzei (akumulatoram).

Fotoelektrisko aizplūšanu viena savienojuma elementā nodrošina tikai tie elektroni, kuru enerģija ir lielāka par noteiktas joslas spraugas platumu. Tie, kuriem ir mazāk enerģijas, šajā procesā nepiedalās. Šo ierobežojumu var noņemt ar daudzslāņu struktūrām, kas sastāv no vairāk nekā viena SC, kurā joslu atšķirība savādāk. Tos sauc par kaskādi, vairāku krustojumu vai tandēmu. To fotoelektriskā konversija ir augstāka, jo šādas saules baterijas darbojas ar plašāku saules spektru. Tajos fotoelementi atrodas, jo samazinās joslas sprauga. Saules stari vispirms krīt uz fotoelementu ar visplašāko zonu, savukārt notiek fotonu ar lielāko enerģiju absorbcija.

Tad fotoni, kas iet garām augšējam slānim, nokrīt uz nākamo elementu utt. Kaskādes elementu jomā galvenais pētījumu virziens ir gallija arsenīda kā vienas vai vairāku komponentu izmantošana. Šādu elementu konversijas efektivitāte ir 35%. Elementi ir savienoti akumulatorā, jo tehniskās iespējas neļauj izgatavot atsevišķu liela izmēra elementu (tātad jaudas).

Saules baterijas var darboties ilgu laiku.Tie ir pierādījuši sevi kā stabilu un uzticamu enerģijas avotu, pārbaudīti kosmosā, kur galvenās briesmas tiem rada meteoriskie putekļi un starojums, kas izraisa silīcija elementu eroziju. Bet, tā kā uz Zemes šiem faktoriem nav tik negatīvas ietekmes uz tiem, var pieņemt, ka elementu kalpošanas laiks būs vēl ilgāks.

Saules paneļi jau ir cilvēku rīcībā, jo tie ir barošanas avots dažādām ierīcēm, sākot no mobilajiem tālruņiem līdz elektriskajiem transportlīdzekļiem.

Un šis ir jau otrais cilvēka mēģinājums ierobežot bezgalīgo saules enerģiju, liekot tai darboties savā labā. Pirmais mēģinājums bija radīt saules kolektorus, kuros ar koncentrētiem saules stariem uzsildot ūdeni līdz vārīšanās temperatūrai, tika ražota elektrība.

Saules bateriju priekšrocība ir tāda, ka tie tieši ražo elektroenerģiju, zaudējot daudz mazāk enerģijas nekā saules daudzpakāpju kolektori, kuros tās iegūšanas process ir saistīts ar saules staru koncentrāciju, ūdens sildīšanu, tvaika ģenerēšanu, kas rotē tvaika turbīnu. , un tikai pēc tam ģenerējot elektroenerģiju ar ģeneratoru. Galvenie saules paneļu parametri - pirmkārt, jauda

Tad ir svarīgi, cik daudz enerģijas viņiem ir

Šis parametrs ir atkarīgs no bateriju jaudas un to skaita. Trešais parametrs ir maksimālais enerģijas patēriņš, kas nozīmē vienlaikus pieslēdzamo ierīču skaitu. Vēl viens svarīgs parametrs ir nominālais spriegums, kas nosaka papildu aprīkojuma izvēli: invertors, saules panelis, kontrolieris, akumulators.

Priekšrocības un trūkumi

Saules paneļiem, tāpat kā citām ierīcēm, ir savas priekšrocības un trūkumi. Šo sistēmu neapšaubāmās priekšrocības ir šādas:

• Autonomās darbības iespēja ļauj organizēt objektu, elektronisko ierīču un apgaismojuma elektroapgādi, attālināti ievērojamā attālumā no stacionāriem elektrotīkliem.
• Ievērojams izmaksu ietaupījums ekspluatācijas laikā. Saules gaisma, kas pārvēršas elektrībā, neko nemaksā un neprasa papildu izmaksas. Jums ir jāmaksā tikai par invertoriem un akumulatoriem, kuriem nepieciešama periodiska nomaiņa. Un arī šajā gadījumā saules paneļi atmaksāsies aptuveni 10 gadu laikā ar vidējo garantijas laiku 25-30 gadi. Ja ievērojat visus darbības noteikumus, baterijas var darboties vēl ilgāk.
• Salīdzinājumā ar tradicionālajām spēkstacijām, kas patērē degvielu un piesārņo vidi, saules paneļu darbības shēma ir videi draudzīga un bez trokšņa.

Tomēr šīm ierīcēm ir arī nopietni trūkumi, kas jāņem vērā, veicot sākotnējos aprēķinus:

• Ne tikai paneļu, bet arī papildu komponentu - invertoru, kontrolieru, akumulatoru augstās izmaksas.
• Atmaksa aizņem pārāk ilgu laiku. Nauda tiek izņemta no apgrozības uz ilgu laiku.
• Saules sistēmām ar fotoelementiem ir nepieciešams daudz vietas. Diezgan bieži šiem nolūkiem ir nepieciešams izmantot ne tikai visu jumtu, bet arī ēkas sienas, nopietni pārkāpjot dizaina dizaina lēmumus. Papildu vieta ir nepieciešama lielas ietilpības akumulatoriem, kas dažos gadījumos var aizņemt visu telpu.
• Elektroenerģijas ražošanas process notiek nevienmērīgi, atkarībā no diennakts laika. Šo trūkumu kompensē uzlādējamās baterijas, kas dienas laikā akumulē elektroenerģiju un naktī to nodod patērētājiem.

Tranzistori kā gaismas elementu pamats

Tranzistori ir piemēroti mūsu mērķim, jo ​​to iekšpusē ir diezgan liels silīcija pusvadītāju elements, ko izmantos elektrības ražošanai. Vislabāk ir izvēlēties tranzistorus, piemēram, KT vai P.

Sākam darbu. Vispirms no vajadzīgā radio detaļu skaita nogriezām metāla vāciņu. To ir vieglāk izdarīt, ja tranzistoru saspiežat skrūvspīlēs un uzmanīgi sagriežat ar metāla zāģi. Iekšpusē jūs redzēsit plāksni. Šī ir mūsu nākotnes ierīces galvenā daļa. Tas mums kalpos kā fotoelements.

Daļai būs trīs kontakti: bāze, emitētājs un kolektors. Montāžas laikā izvēlieties kolektora savienojumu lielākās potenciālu starpības dēļ.

Montāžu “dari pats” vislabāk var veikt uz līdzenas virsmas no jebkura dielektriska materiāla.

Pirms darba ir jāpārbauda tie tranzistori, kurus jūs gatavojaties izmantot, veidojot saules paneļus. Šiem nolūkiem mēs ņemam vienkāršu multimetru. Ir nepieciešams pārslēgt ierīci uz strāvas mērīšanas režīmu, ieslēgt to starp pamatni un tranzistora kolektoru vai emitētāju. Mēs noņemam indikatoru - parasti ierīce rāda nelielu strāvu - miliampēru daļas, retāk nedaudz vairāk par 1 mA.Tālāk mēs pārslēdzam ierīci uz sprieguma mērīšanas režīmu (robeža 1-3 V), un mēs iegūstam izejas sprieguma vērtību (tas būs apmēram dažas desmitdaļas voltu). Ir vēlams grupēt tranzistorus ar tuvām izejas spriegumu vērtībām.

Montāža

Saules paneļi tiek montēti uz speciālas konstrukcijas, kuras savienojums nosaka fotoelementu spēju izturēt jebkādus nelabvēlīgus laikapstākļus, piemēram, stipru vēju, lietu vai sniegu, kā arī veicina pareiza slīpuma leņķa veidošanos.

Šis dizains ir pieejams pārdošanai šādās versijās:

• slīps - šādas sistēmas ir optimālas uzstādīšanai uz slīpa jumta;
• horizontāls - šis dizains ir piestiprināts plakaniem jumtiem;
• brīvi stāvošas - šāda veida akumulatorus var uzstādīt uz dažāda veida un izmēra jumtiem.

Faktiskais akumulatoru uzstādīšanas process tiek veikts saskaņā ar šādu shēmu:

paneļa rāmja stiprināšanai nepieciešami 50x50 mm metāla kvadrāti un papildus nepieciešami 25x25 mm kvadrāti, kurus izmanto starplikas sijām

Šo detaļu klātbūtne ļauj sasniegt nepieciešamo atbalsta konstrukcijas izturību un uzticamu stabilitāti, kā arī nodrošina nepieciešamo slīpuma pakāpi;
jums ir jāsamontē rāmis, šim nolūkam ir nepieciešamas 6 un 8 m izmēra skrūves;
konstrukcija ir nostiprināta zem jumta seguma ar 12 mm tapām;
sagatavotajos kvadrātos tiek izveidoti nelieli caurumi, tajos tiek nostiprināti paneļi, un stiprākai saķerei jāizmanto skrūves;
uzstādīšanas darbu laikā īpaša uzmanība jāpievērš rāmim - tajā nedrīkst būt nekādu izkropļojumu.Pretējā gadījumā var rasties sistēmas pārspriegums, kas izraisīs stikla plaisāšanu.

Saules siltuma un gaismas avotu uzstādīšana uz lodžijas vai balkona notiek saskaņā ar līdzīgu shēmu. Vienīgais izņēmums ir tas, ka rāmis ir uzstādīts uz slīpas plaknes. Tas ir uzstādīts starp ēkas galveno nesošo sienu un ēkas galu, vienmēr saulainā pusē. Visu veidu saules paneļu pašmontāžai un uzstādīšanai nav nepieciešama pieredze būvdarbos, tomēr zināmas uzstādīšanas prasmes tomēr būs nepieciešamas. Ja vēlaties, varat droši veikt uzstādīšanu pats, tomēr pirms tam būtu jauki palasīt īpašu literatūru par palešu uzstādīšanas iespējām un izpētīt meistarklases, kas ir pieejamas internetā, un, protams, uzkrāt nepieciešamos instrumentus.

Priekšrocības, strādājot ar savām rokām, ir acīmredzamas - tas ļauj ietaupīt daudz naudas par speciālistu pakalpojumiem, kā arī milzīgo pieredzi, kas jums var būt nepieciešama nākotnē. Tajā pašā laikā, ja ar personīgajām spējām nepietiek, jūs varat ne tikai zaudēt laiku, bet arī izraisīt paneļu plīsumus vai to zemo efektivitāti.

Īpatnības

Mūsdienās visplašāk tiek izmantotas baterijas, kuru pamatā ir fotoelementu polikristāli. Šādi modeļi izceļas ar optimālu izmaksu un atbrīvotās enerģijas daudzuma kombināciju, tiem ir raksturīga bagātīga zila krāsa un galveno elementu kristāliska struktūra. Tos ir ļoti viegli uzstādīt, jo pat meistars bez lielas darba pieredzes var tikt galā ar to uzstādīšanu savā privātmājā un savā vasarnīcā. Monokristāliskie fotoelektriskie paneļi ir otrie populārākie.

Saules baterijas, kas izgatavotas, izmantojot amorfo silīciju, raksturo diezgan zemu efektivitāti. Tomēr to cenas ir nedaudz zemākas par analogu izmaksām, tāpēc modelis ir pieprasīts lauku māju īpašnieku vidū. Šobrīd šādi produkti veido 85% no tirgus. Tie nevar lepoties ar lieljaudas un kadmija telurīda modifikācijām, to izgatavošana ir balstīta uz augsto tehnoloģiju plēves tehniku: uz izturīgas virsmas plānā kārtā uzklāj vairākus simtus mikrometru vielas. Jāatzīmē, ka ļoti zemā produkta efektivitātes līmenī tā jauda ir diezgan augsta.

Vēl viena iespēja ar saules enerģiju darbināmām baterijām ir CIGS pusvadītāju bāzes. Tāpat kā iepriekšējā versija, tie tiek ražoti, izmantojot plēves tehnoloģiju, tomēr to efektivitāte ir daudz augstāka. Atsevišķi ir vērts pakavēties pie saules siltuma un gaismas avotu darbības mehānisma. Galvenais ir skaidri saprast, ka kopējais saražotās enerģijas daudzums nekādā veidā nevar būt atkarīgs no pašas ierīces efektivitātes pakāpes, jo parasti visu veidu šādas ierīces nodrošina aptuveni identisku jaudu. Galvenā atšķirība ir tā, ka paneļiem ar maksimālu efektivitāti to uzstādīšanai ir nepieciešams mazāk vietas.

Saules paneļiem ir šādas priekšrocības:

• iekārtas videi draudzīgums;
• ilgs lietošanas laiks, kura laikā paneļu ekspluatācijas īpašības saglabājas nemainīgi augstas;
• tehnoloģijas sabojājas reti, tādēļ tām nav nepieciešama apkope un apkope, kā arī dārgs remonts;
• bateriju izmantošana, kuras pamatā ir saules enerģija, ļauj samazināt elektrības un gāzes izmaksas mājā;
• saules paneļi ir īpaši viegli lietojami.

Tomēr tas nebija arī bez trūkumiem, starp nozīmīgākajiem ir šādi:

• augstas skatuves paneļi;
• nepieciešamība uzstādīt dažādus papildu aprīkojumu, lai efektīvi sinhronizētu no akumulatora saņemto enerģiju un to, kas iegūta no tradicionālajiem avotiem;
• paneļus nevar izmantot saskarē ar tādām ierīcēm, kurām nepieciešama liela jauda.

9. Saules elementu ar kvantu punktiem īpatnības

Pēdējais daudzsološais tuvākās nākotnes bateriju veids ir veidots uz fizisko kvantu punktu īpašībām - mikroskopiskiem pusvadītāju ieslēgumiem noteiktā materiālā. Ģeometriski šie "punkti" ir dažus nanometrus lieli un ir sadalīti materiālā tā, lai aptvertu visa saules spektra - IR, redzamās gaismas un UV - starojuma absorbciju.

Milzīga šādu paneļu priekšrocība ir iespēja strādāt pat naktī, ģenerējot aptuveni 40% no maksimālās dienas jaudas.

Fizikālās un tehniskās īpašības, sertifikācija un marķēšana

Neatkarīgi no tā, no kā izgatavoti saules paneļi, katram no tiem ir vairākas šādas svarīgas īpašības:

• mehānisks – ģeometriskie parametri, kopējais svars, rāmja veids, aizsargstikls, šūnu skaits, savienotāju veids un platums;
• elektrisks vai volt-ampērs - jauda, ​​brīvās ķēdes spriegums, strāvas stiprums pie maksimālās slodzes, paneļa kopumā un jo īpaši atsevišķu elementu efektivitāte;
• temperatūra - efektivitātes izmaiņas, palielinoties temperatūrai par noteiktu lieluma vienību (parasti - 1 grāds);
• kvalitāti – kalpošanas laiks, šūnu noārdīšanās ātrums, klātbūtne Bloomberg reitingu sarakstos;
• funkcionāls - aprūpes nepieciešamība un vieglums, uzstādīšanas/demontāžas vienkāršība.

Rūpnieciskajiem saules paneļiem neatkarīgi no tā, no kādiem materiāliem tie ir izgatavoti, jābūt sertificētiem. Minimālās prasības ir kvalitātes sertifikāti ISO, CE, TUV (starptautiskie) un / vai Muitas savienības (ja tiek pārdoti tās ietvaros).

Obligāti ir arī starptautiskie marķēšanas noteikumi. Piemēram, saīsinājums CHN-350M-72 satur šādu informāciju:

• CHN - ražotāja identifikators (šajā gadījumā Ķīnas ChinaLand);
• 350 – paneļa jauda vatos;
• M – vienkristāla silīcija apzīmējums;
• 72 ir fotoelementu skaits modulī.

Ko jūs varat izgatavot saules paneļus ar savām rokām mājās

Tam ir nepieciešams:

Iepriekš sastādīta shēma un aprēķini.
Noteikts skaits saliekamo saules bateriju – tās ir vislētāk iegādāties internetā, piemēram, Aliexpress mājaslapā vai citos interneta veikalos

Pievērsiet uzmanību tam, ka visiem elementiem ir vienādas elektriskās īpašības. Pašdarināts rāmis no koka un saplākšņa - tā montāžas noteikumus var apskatīt daudzos videoklipos tīklā

Plexiglas vai plexiglass virsmas aizsargpārklājumam.
Krāsa un karstumizturīga līme koka virsmu apstrādei.
Kontaktu sloksnes un vadi šūnu savienošanai. Dažādu savienojuma metožu diagrammas var izpētīt arī internetā.
Lodāmurs un lodmetāls. Lodēšanas darbi jāveic ļoti uzmanīgi, lai nesabojātu topošo produktu.
Silikona līme un pašvītņojošas skrūves saliekamā akumulatora nostiprināšanai rāmī.

Nelielam akumulatoram būs nepieciešami aptuveni 30-50 USD ieguldījumi, savukārt tādas pašas ietilpības rūpnīcas versija maksās tikai par 10-20% vairāk.

Protams, šāds paštaisīts dizains neizturēs 25 gadus, tam nebūs pilnvērtīgas saules elektrostacijas jaudas, un tas nevarēs lepoties ar ievērojamu efektivitāti. Tomēr tā izmaksas būs pēc iespējas mazākas.

Saules baterijas ierīce

Lai saules baterija varētu pārvērst saules gaismu strāvā, ir nepieciešami šādi elementi:

1. Fotoelementu slānis, kas pilda pusvadītāja lomu. To attēlo divi dažādu vadītspējas materiālu slāņi. Šeit elektroni spēj pārvietoties no p (+) apgabala uz n (-) reģionu. To sauc par p-n krustojumu;
2. Starp diviem pusvadītāju slāņiem ir novietots elements, kas būtībā ir šķērslis elektronu pārejai;
3. Spēka avots. Ir nepieciešams izveidot savienojumu ar elementu, kas novērš elektronu pārnesi. Tas pārveido lādētu elektronu kustību, t.i. rada elektrisko strāvu. Akumulatora baterija. Uzkrā un uzglabā enerģiju;
4. uzlādes kontrolieris. Tās galvenā funkcija ir pievienot un atvienot saules bateriju, pamatojoties uz uzlādes līmeni. Sarežģītākas ierīces spēj kontrolēt maksimālo jaudas līmeni;
5. Līdzstrāvas uz maiņstrāvas pārveidotājs (invertors);
6. Sprieguma stabilizators.Nodrošina saules bateriju sistēmas aizsardzību pret strāvas pārspriegumiem.