Principen för solbatteriets drift: hur solpanelen är anordnad och fungerar

vattenklocka

Denna metod för att styra den roterande enheten uppfanns av en företagsam kanadensisk student och är ansvarig för att endast vrida en axel, den horisontella.

Funktionsprincipen är också enkel och är som följer:

1. Solbatteriet installeras i sitt ursprungliga läge när solens strålar träffar fotocellen vinkelrätt.
2. Därefter fästs en behållare med vatten på en av sidorna, och något föremål med samma vikt som behållaren med vatten fästs på den andra sidan. Botten av behållaren bör ha ett litet hål.
3. Genom det kommer vatten gradvis att rinna ut ur tanken, på grund av vilket vikten kommer att minska, och panelen kommer långsamt att luta mot motvikten. Det kommer att vara nödvändigt att bestämma dimensionerna på hålet för behållaren experimentellt.

Denna metod är den enklaste.Dessutom sparar det materiella resurser som skulle läggas på att köpa en motor, som är fallet med ett urverk. Dessutom kan du själv installera vridmekanismen i form av en vattenklocka, utan att ens ha någon speciell kunskap.

Fördelarna med solpaneler

Solenergi är ett lovande område som ständigt utvecklas. De har flera huvudsakliga fördelar. Lätt att använda, lång livslängd, säkerhet och prisvärdhet.

De positiva aspekterna av användningen av denna typ av batteri:

• Förnybar - denna energikälla har praktiskt taget inga begränsningar, dessutom är den gratis. Åtminstone för de kommande 6,5 miljarderna åren. Det är nödvändigt att välja utrustningen, installera den och använda den för sitt avsedda syfte (i ett privat hus eller stuga).
• Överflöd - Jordens yta får i genomsnitt cirka 120 000 terawatt energi, vilket är 20 gånger den nuvarande energiförbrukningen. Solpaneler för stugor eller privata hus har en enorm potential att använda.
• Konstans - solenergi är konstant, därför är mänskligheten inte hotad av överutgifter i processen för dess användning.
• Tillgänglighet – solenergi kan genereras i alla områden, så länge det finns naturligt ljus. Men oftast används det för uppvärmning av hem.
• Ekologisk renlighet - solenergi är en lovande industri som kommer att ersätta kraftverk som drivs av icke-förnybara resurser: gas, torv, kol och olja i framtiden. Säkert för människors och husdjurs hälsa.

• Vid tillverkning av paneler och installation av solkraftverk sker inga betydande utsläpp av skadliga eller giftiga ämnen till atmosfären.
• Tyst – Elproduktionen är nästan tyst, och därför är den här typen av kraftverk bättre än vindkraftsparker. Deras arbete åtföljs av ett konstant brum, på grund av vilket utrustningen snabbt misslyckas, och anställda måste ta täta vilopauser.
• Ekonomiskt – när man använder solpaneler upplever fastighetsägare en betydande minskning av elräkningen. Panelerna har lång livslängd - tillverkaren ger en garanti på panelerna från 20 till 25 år. Samtidigt reduceras underhållet av hela kraftverket till periodisk (var 5-6 månad) rengöring av panelytorna från smuts och damm.

Principen för driften av solbatteriet

Som ett resultat av laddningsflödet vid gränsen för p- och n-skikten bildas en zon med okompenserad positiv laddning i n-skiktet, och en negativ laddning bildas i p-skiktet, dvs. känd för alla från skolkursen i fysik p-n-korsning. Den potentialskillnad som uppstår vid övergången, kontaktpotentialskillnaden (potentialbarriären) förhindrar passage av elektroner från p-skiktet, men passerar fritt mindre bärare i motsatt riktning, vilket gör det möjligt att få foto-EMF när solljus träffar solcellen.

När de utsätts för solljus börjar de absorberade fotonerna generera elektron-hålpar som inte är i jämvikt. Elektronerna som genereras nära övergången passerar från p-skiktet till n-området.

På liknande sätt kommer överskottshål och lager n in i p-lagret (figur a).Det visar sig att en positiv laddning ackumuleras i p-skiktet, och en negativ laddning ackumuleras i n-skiktet, vilket orsakar en spänning i den externa kretsen (Figur b). Strömkällan har två poler: positiv - p-lager och negativ - n-lager.

Detta är grundprincipen för hur solceller fungerar. Elektronerna verkar alltså springa i en cirkel, d.v.s. lämna p-skiktet och återgå till n-skiktet, passera genom lasten (ackumulatorn).

Fotoelektriskt utflöde i ett enkelövergångselement tillhandahålls endast av de elektroner som har en energi som är högre än bredden på ett visst bandgap. De som har mindre energi deltar inte i denna process. Denna begränsning kan tas bort av flerskiktsstrukturer som består av mer än en SC, i vilken bandgap annorlunda. De kallas kaskad, multi-junction eller tandem. Deras fotoelektriska omvandling är högre på grund av det faktum att sådana solceller arbetar med ett bredare solspektrum. I dem finns fotoceller när bandgapet minskar. Solens strålar faller först på fotocellen med den bredaste zonen, medan absorptionen av fotoner med högst energi sker.

Sedan faller fotonerna som passerar det övre lagret på nästa element, och så vidare. Inom området kaskadelement är den huvudsakliga forskningsriktningen användningen av galliumarsenid som en komponent eller flera. Sådana element har en omvandlingseffektivitet på 35 %.Elementen är anslutna till ett batteri, eftersom tekniska möjligheter inte tillåter tillverkning av ett separat element av stor storlek (därav kraft).

Solceller kan fungera länge. De har visat sig vara en stabil och pålitlig energikälla, efter att ha testats i rymden, där den största faran för dem är meteoriskt damm och strålning, vilket leder till erosion av kiselelement. Men eftersom dessa faktorer på jorden inte har en så negativ effekt på dem, kan det antas att livslängden för elementen kommer att vara ännu längre.

Solpaneler står redan till människans tjänst och är en kraftkälla för olika enheter, allt från mobiltelefoner till elfordon.

Och detta är redan människans andra försök att stävja den gränslösa solenergin och tvinga den att arbeta för sitt eget bästa. Det första försöket var att skapa solfångare, där elektricitet genererades genom att värma vatten till en kokpunkt med de koncentrerade solens strålar.

Fördelen med solbatterier är att de direkt producerar elektricitet och förlorar mycket mindre energi än solfångare i flera steg, där processen att erhålla den är förknippad med koncentrationen av solens strålar, värmevatten, genererar ånga som roterar en ångturbin , och först efter det genererar el av en generator. De viktigaste parametrarna för solpaneler - först och främst kraft

Då är det viktigt hur mycket energi de har

Denna parameter beror på batteriernas kapacitet och deras antal. Den tredje parametern är den maximala strömförbrukningen, vilket innebär antalet samtidigt möjliga anslutningar av enheter.En annan viktig parameter är märkspänningen, som bestämmer valet av ytterligare utrustning: växelriktare, solpanel, styrenhet, batteri.

Fördelar och nackdelar

Solpaneler, liksom andra enheter, har sina egna fördelar och nackdelar. De otvivelaktiga fördelarna med dessa system inkluderar följande:

• Möjligheten till autonom drift gör att du kan organisera strömförsörjningen av objekt, elektroniska enheter och belysning, på avstånd på avsevärt avstånd från stationära elektriska nätverk.
• Betydande kostnadsbesparingar under drift. Solljus som förvandlas till el kostar ingenting och kräver inga extra kostnader. Du behöver endast betala för växelriktare och batterier som kräver periodiskt byte. Och även i det här fallet kommer solpaneler att betala sig på cirka 10 år med en genomsnittlig garantitid på 25-30 år. Om du följer alla driftregler kan batterierna hålla ännu längre.
• Jämfört med konventionella kraftverk som förbrukar bränsle och förorenar miljön är driftschemat för solpaneler miljövänligt och ljudfritt.

Men dessa enheter har också allvarliga nackdelar, som bör beaktas i förväg i preliminära beräkningar:

• Den höga kostnaden för inte bara paneler, utan också ytterligare komponenter - växelriktare, styrenheter, batterier.
• Återbetalningen tar för lång tid. Pengar tas ur cirkulation under lång tid.
• Solsystem med solceller kräver mycket utrymme.Ganska ofta, för dessa ändamål, är det nödvändigt att använda inte bara hela taket utan också byggnadens väggar, vilket allvarligt bryter mot designdesignlösningar. Ytterligare utrymme behövs för batterier med stor kapacitet, som i vissa fall kan ta upp ett helt rum.
• Processen att generera elektricitet sker ojämnt, beroende på tid på dygnet. Denna nackdel kompenseras av laddningsbara batterier, som samlar elektricitet under dagen och ger den till konsumenterna på natten.

Transistorer som grund för lätta element

Transistorer är lämpliga för vårt ändamål, eftersom de inuti har ett ganska stort kiselhalvledarelement, som kommer att användas för att producera el. Det är bäst att välja transistorer som KT eller P.

Vi börjar jobba. Först och främst skär vi av metallhöljet från det erforderliga antalet radiokomponenter. Detta är lättare att göra om du klämmer fast transistorn i ett skruvstäd och försiktigt skär den med en bågfil. Inuti kommer du att se en tallrik. Detta är huvuddelen av vår framtida enhet. Den kommer att fungera som en fotocell för oss.

Delen kommer att ha tre kontakter: bas, sändare och samlare. Välj kollektorförgreningen under monteringen på grund av den största potentialskillnaden.

Gör-det-själv montering görs bäst på en plan yta från vilket dielektriskt material som helst.

De transistorer som du ska använda när du skapar solpaneler bör kontrolleras innan arbetet. För dessa ändamål tar vi en enkel multimeter.Det är nödvändigt att växla enheten till det aktuella mätläget, slå på den mellan basen och transistorns kollektor eller emitter. Vi tar bort indikatorn - vanligtvis visar enheten en liten ström - bråkdelar av en milliampere, mindre ofta lite mer än 1 mA. Därefter växlar vi enheten till spänningsmätningsläget (gräns 1-3 V), och vi får värdet på utspänningen (det kommer att vara ungefär några tiondelar av en volt). Det är önskvärt att gruppera transistorer med nära värden på utspänningar.

Montering

Solpaneler är monterade på en speciell struktur, vars anslutning bestämmer fotocellernas förmåga att motstå alla ogynnsamma väderförhållanden, såsom stark vind, regn eller snö, och bidrar också till bildandet av den korrekta lutningsvinkeln.

Denna design finns till försäljning i följande versioner:

• lutande - sådana system är optimala för installation på ett lutande tak;
• horisontell - denna design är fäst på platta tak;
• fristående - batterier av denna typ kan installeras på tak av olika typer och storlekar.

Den faktiska processen för att installera batterier utförs enligt följande schema:

för att fästa panelens ram krävs metallrutor på 50x50 mm i storlek, och dessutom krävs kvadrater på 25x25 mm, som används för distansbalkar

Närvaron av dessa delar gör det möjligt att uppnå den erforderliga styrkan och pålitliga stabiliteten hos stödstrukturen, och ger också den erforderliga graden av lutning;
du måste montera ramen, för detta behöver du bultar på 6 och 8 m i storlek;
strukturen är fäst under takbeläggningen med 12 mm reglar;
små hål bildas i de förberedda rutorna, paneler är fixerade i dem och skruvar bör användas för starkare vidhäftning;
under installationsarbeten bör särskild uppmärksamhet ägnas åt ramen - det bör inte finnas några förvrängningar i den. Annars kan överspänning av systemet uppstå, vilket leder till sprickbildning i glaset.

Installationen av solvärme och ljuskällor på loggian eller på balkongen sker enligt ett liknande schema. Det enda undantaget är att ramen är monterad på ett lutande plan. Den monteras mellan byggnadens huvudlagervägg och byggnadens ände, alltid på den soliga sidan. Självmontering och installation av solpaneler av alla slag kräver ingen erfarenhet av byggnadsarbete, dock kommer det fortfarande att krävas en del installationsfärdigheter. Om du vill kan du säkert göra installationen själv, men innan dess skulle det vara trevligt att läsa speciallitteratur om funktionerna för att installera pales och studera masterklasserna som finns tillgängliga på Internet och, naturligtvis, fylla på med nödvändiga verktyg.

Fördelarna med att arbeta med egna händer är uppenbara - det här sparar mycket pengar på specialisternas tjänster, såväl som en enorm erfarenhet som du kan behöva i framtiden. Samtidigt, om personliga förmågor inte räcker, kan du inte bara förlora tid, utan också få panelerna att gå sönder eller deras låga effektivitet.

Egenheter

Idag är batterier baserade på fotovoltaiska polykristaller de mest använda.Sådana modeller kännetecknas av en optimal kombination av kostnad och mängden energi som frigörs, de kännetecknas av en rik blå färg och en kristallin struktur av huvudelementen. De är mycket enkla att installera, eftersom även en mästare utan mycket arbetserfarenhet kan klara av installationen i sitt privata hus och i sin sommarstuga. Monokristallina solcellspaneler är de näst mest populära.

Solceller, som tillverkas av amorft kisel, kännetecknas av ganska låg effektivitet. Deras priser är dock något lägre än kostnaden för analoger, så modellen är efterfrågad bland ägarna av hus på landet. För närvarande står sådana produkter för 85% av marknaden. De kan inte skryta med modifieringar av hög effekt och kadmiumtellurid, deras produktion är baserad på en högteknologisk filmteknik: flera hundra mikrometer av ett ämne appliceras i ett tunt lager på en hållbar yta. Det är anmärkningsvärt att på en mycket låg effektivitetsnivå för produkten är dess kraft ganska hög.

Ett annat alternativ för solcellsdrivna batterier är de CIGS-halvledarbaserade varianterna. Liksom den tidigare versionen produceras de med filmteknik, men deras effektivitet är mycket högre. Separat är det värt att uppehålla sig vid mekanismen för drift av solvärme och ljuskällor. Det viktigaste är att tydligt inse att den totala mängden genererad energi inte på något sätt kan bero på graden av effektivitet hos själva enheten, eftersom vanligtvis alla typer av sådana enheter ger ungefär identisk effekt.Den största skillnaden är att paneler som har maximal effektivitet kräver mindre utrymme för sin installation.

Solpaneler har följande fördelar:

• installationens miljövänlighet;
• lång användningstid, under vilken panelernas funktionsegenskaper förblir konsekvent höga;
• teknologier går sällan sönder, så de behöver inte service och underhåll, liksom dyra reparationer;
• användningen av batterier baserade på solenergi gör att du kan minska kostnaderna för el och gas i huset;
• solpaneler är exceptionellt lätta att använda.

Men det var inte heller utan nackdelar, bland de viktigaste är följande:

• högscenpaneler;
• behovet av att installera en mängd ytterligare utrustning för att effektivt synkronisera energin som tas emot från batteriet och den som erhålls från traditionella källor;
• panelerna kan inte användas i kontakt med apparater som kräver hög effekt.

9. Funktioner hos solceller med kvantprickar

Den sista lovande typen av batterier i den närmaste framtiden bygger på egenskaperna hos fysiska kvantprickar - mikroskopiska inneslutningar av halvledare i ett visst material. Geometriskt är dessa "prickar" några nanometer stora och är fördelade i materialet för att täcka absorptionen av strålning från hela solspektrumet - IR, synligt ljus och UV.

En stor fördel med sådana paneler är förmågan att arbeta även på natten, vilket genererar cirka 40% av den maximala dagkraften.

Fysiska och tekniska egenskaper, certifiering och märkning

Oavsett vad solpaneler är gjorda av har var och en av dem ett antal av följande viktiga egenskaper:

• mekanisk – geometriska parametrar, totalvikt, typ av ram, skyddsglas, antal celler, typ och bredd på kopplingar;
• elektrisk eller volt-ampere - effekt, öppen kretsspänning, strömstyrka vid maximal belastning, effektiviteten hos panelen som helhet och i synnerhet enskilda celler;
• temperatur - förändring i effektivitet med en ökning av temperaturen med en viss storleksenhet (vanligtvis - 1 grad);
• kvalitet – livslängd, cellnedbrytningshastighet, närvaro i Bloombergs betygslistor;
• funktionell - behovet och enkelheten att sköta, enkel installation / demontering.

Industriella solpaneler, oavsett vilket material de är gjorda av, måste vara certifierade. Minimikraven är kvalitetscertifikat ISO, CE, TUV (internationellt) och/eller tullunionen (när den säljs inom den).

Internationella märkningsregler är också obligatoriska. Till exempel, förkortning CHN-350M-72 innehåller följande information:

• CHN - identifierare för tillverkaren (i detta fall, det kinesiska ChinaLand);
• 350 – paneleffekt i watt;
• M – Beteckning för enkristallkisel;
• 72 är antalet solceller i modulen.

Vad kan du göra solpaneler med dina egna händer hemma

Detta kräver följande:

Förritat schema och beräkningar.
Ett visst antal prefabricerade solceller - de är billigast att köpa online, till exempel på Aliexpress hemsida eller i andra nätbutiker

Var uppmärksam på att alla element har samma elektriska egenskaper. Hemlagad ram gjord av timmer och plywood - reglerna för dess montering kan ses på många videor på nätet

Plexiglas eller plexiglas för ytskyddsbeläggning.
Färg och värmebeständigt lim för bearbetning av träytor.
Kontaktlister och ledningar för anslutning av celler. Diagram över olika anslutningsmetoder kan också studeras på Internet.
Lödkolv och lod. Lödarbete bör utföras mycket noggrant för att inte förstöra den framtida produkten.
Silikonlim och självgängande skruvar för att fästa det prefabricerade batteriet i ramen.

Ett litet batteri kommer att kräva cirka 30-50 USD investeringar, medan en fabriksversion med samma kapacitet bara kommer att kosta 10-20% mer.

Naturligtvis kommer en sådan hemgjord design inte att hålla i 25 år, kommer inte att ha kraften hos ett fullfjädrat solkraftverk och kommer inte att kunna skryta med betydande effektivitet. Kostnaden kommer dock att vara så minimal som möjligt.

Solar batteri enhet

För att solbatteriet ska kunna omvandla solens ljus till ström krävs följande element:

1. Ett solcellsskikt som spelar rollen som en halvledare. Det representeras av två lager av material med olika ledningsförmåga. Här kan elektroner röra sig från p (+)-området till n (-)-området. Detta kallas en p-n-övergång;
2. Ett element är placerat mellan två lager av halvledare, vilket i huvudsak är en barriär för övergången av elektroner;
3. Energikälla. Det är nödvändigt att ansluta till ett element som förhindrar överföring av elektroner. Den omvandlar laddade elektroners rörelse, d.v.s. skapar en elektrisk ström.Ackumulatorbatteri. Ackumulerar och lagrar energi;
4. laddningsregulator. Dess huvudsakliga funktion är att ansluta och koppla bort solbatteriet baserat på laddningsnivån. Mer sofistikerade enheter kan kontrollera den maximala effektnivån;
5. DC till AC-omvandlare (växelriktare);
6. Spänningsstabilisator. Ger skydd för solcellsbatterisystemet från överspänningar.