Dzisiaj wszyscy słyszeli o koncepcji energii alternatywnej. Nikomu nie jest tajemnicą, że rezerwy ropy, gazu i innych rodzajów paliwa na Ziemi nie są nieograniczone, dlatego naukowcy i inżynierowie nadal szukają możliwości skutecznego wykorzystania zasobów odnawialnych w celu uzyskania energii elektrycznej tak niezbędnej dla wszystkich. W ostatnich latach ogniwa słoneczne przestały być egzotyczne, stosowane tylko w statkach kosmicznych, są szeroko stosowane do zasilania budynków, samochodów, autonomicznego zasilania małych urządzeń gospodarstwa domowego i elektroniki. Ponieważ Słońce jest ogromnym źródłem energii, do którego każdy może uzyskać dostęp, warto wiedzieć, jak przekształcić światło w elektryczność lub jak działa bateria słoneczna..
Treść artykułu
- Zasada działania baterii słonecznej
- Konwersja energii słonecznej
Zasada działania baterii słonecznej
To urządzenie, zwane również panelem słonecznym, składa się z zestawu konwerterów fotoelektrycznych połączonych w określony sposób, które obejmują dwie warstwy półprzewodników o różnych rodzajach przewodnictwa - p i n. Jako substancję o takich właściwościach najczęściej stosuje się krzem z pewnymi zanieczyszczeniami. Po dodaniu do niego fosforu powstaje nadmiar elektronów (ładunki ujemne) w powstałej strukturze i powstaje półprzewodnik typu n, a po zmieszaniu boru jest on typu p, charakteryzujący się brakiem elektronów lub obecnością dziur. Jeśli umieścisz te warstwy między dwiema elektrodami, jak pokazano na rysunku, i zapewnisz dostęp do górnego światła, otrzymasz konwerter fotoelektryczny.
Kiedy element jest oświetlony, pochłania część energii padającej, w wyniku czego dochodzi do dodatkowej generacji dziur i elektronów. Przez pole elektryczne istniejące w złączu p-n, pierwsze przesuwa się do regionu p, a drugie do regionu n. Jednocześnie dodatnie ładunki gromadzą się na dolnej elektrodzie i ujemne na górnej elektrodzie, to znaczy powstaje różnica potencjałów - stałe napięcie U. Tak więc przetwornik fotoelektryczny działa jako źródło siły elektromotorycznej (EMF) - małej baterii. Jeśli do niego podłączony jest ładunek, w obwodzie pojawi się prąd I, którego wartość będzie zależeć od rodzaju fotokomórki, jej wielkości, natężenia promieniowania słonecznego i rezystancji podłączonych odbiorców. EMF akumulatora zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury o około 0,4% / ° C. Dlatego w celu wydajnej i długotrwałej pracy panel musi być chłodzony za pomocą wentylatorów lub systemów wodnych..
Najważniejszym parametrem źródła energii słonecznej jest moc P = UI. Oczywiście prąd i napięcie wynikające z działania pojedynczej fotokomórki są małe, dlatego w akumulatorze są one połączone w pewien sposób, aby zwiększyć te wskaźniki. Jeżeli konwertery są połączone szeregowo, całkowite napięcie wyjściowe będzie proporcjonalne do ich liczby. Równoległe połączenie poszczególnych elementów prowadzi do wzrostu prądu. Łącząc w pewien sposób oba typy połączeń, jak pokazano na rysunku, uzyskują wymagane parametry wyjściowe akumulatora, a tym samym jego moc.
Reklama
Podczas zapalania baterii nie cała energia promieniowania słonecznego jest przekształcana w energię elektryczną - jej część jest odbijana, a także wydawana na elementy grzewcze. Większość paneli fotowoltaicznych produkowanych przez przemysł ma sprawność 9–24%. Ważne jest również, aby wiedzieć, jak działa bateria słoneczna w warunkach, w których niektóre elementy są zaciemnione. W takim przypadku konwertery, które nie są narażone na światło słoneczne, zamieniają się w odbiorców energii i nagrzewają się. Dlatego grupy fotokomórek są przetaczane przez diody o niskiej impedancji, które zapobiegają przepływowi prądu przez zaciemnione elementy akumulatora. Panel będzie działał z mniejszą mocą..
do treści ↑Konwersja energii słonecznej
Ogniwa fotowoltaiczne wytwarzają stałe napięcie, ale wiele rodzajów urządzeń zasilanych jest prądem przemiennym, co wymaga obecności odpowiednich przetworników. Ponadto panele słoneczne wytwarzają energię elektryczną w ciągu dnia, a jej zużycie odbywa się przez całą dobę, dlatego potrzebne są dodatkowe komponenty, które będą magazynować i dystrybuować energię. Rozważ przykład systemu zasilania budynku wykorzystującego źródła słoneczne - małą elektrownię słoneczną, której strukturę pokazano na zdjęciu.
Obwód ten może działać w budynkach, w których znajduje się sieć elektryczna, a bateria słoneczna służy do oszczędzania energii, a także jako źródło zapasowe, gdy główny jest wyłączony. Ogólna zasada działania układu jest następująca: stałe napięcie wytwarzane przez przetworniki fotoelektryczne jest dostarczane do falownika, który przekształca go w prąd przemienny, oraz do akumulatorów, które po naładowaniu pod kontrolą specjalnego sterownika gromadzą energię.
W tym przypadku urządzenia w domu są podzielone na zbędne - te, w przypadku których awaria zasilania może prowadzić do niepożądanych konsekwencji (lodówka, systemy nadzoru wideo, alarmy) i niepotrzebne - cała reszta. Po odłączeniu sieci falownik zasila redundantne urządzenia z akumulatora słonecznego, a jeśli nie ma wystarczającej ilości energii z niego, to z akumulatorów. Kiedy sieć jest podłączona, energia elektryczna wytwarzana przez panel jest dostarczana głównie w celu ich naładowania. A gdy nie jest to już konieczne, falownik przekształca napięcie stałe w napięcie przemienne, z którego dostarczane jest obciążenie. Oszczędza to zużycie z głównego źródła.
Baterii słonecznych można używać bez powyższego dodatkowego sprzętu do zasilania lub ładowania przenośnego sprzętu elektronicznego działającego na stałym napięciu, na przykład kalkulatorów, odtwarzaczy, latarek, urządzeń mobilnych.
Oprócz energii elektrycznej ciepło można uzyskać bezpośrednio z energii światła. W tym celu stosuje się kolektory słoneczne. Biorąc pod uwagę, że dzisiaj istnieje tendencja do obniżania kosztów konwerterów fotowoltaicznych i zwiększania ich wydajności, ogólnie energia słoneczna jest obiecującym obszarem, który umożliwia cichy i przyjazny dla środowiska sposób otrzymywania darmowej energii elektrycznej, a także ciepła do ogrzewania i ciepłej wody.
