Cum funcționează panourile solare. Deci, cum funcționează un panou solar? Fotocelule din siliciu multi-policristalin

19.07.2019 Lecții de Photoshop online

În orice moment, omenirea s-a străduit să profite la maximum de beneficiile oferite de natură. Dovadă în acest sens este invenția panourilor solare. Principiul de funcționare al panourilor solare este destul de simplu. Datorită lor, calculatoarele noastre funcționau anterior în orice moment al zilei, vara și iarna, indiferent de tipul și schimbările frecvente ale bateriei. Lumea modernă caracterizat prin utilizarea energiei solare în diferite zone și scări, de la tablete moderne până la avioane. Despre cum funcționează baterie solară, tipurile și principiul de funcționare ale acestuia vor fi informate de acest articol.

Un pic de istorie
Clasificare

Un pic de istorie

După cum știți, bateria solară nu este prima invenție care utilizează energia atotcuprinzătoare a Soarelui ca alternativă la energia electrică. Primele încercări de a folosi lumina solară au fost centralele terminale, care au un nume mai comun ca „colectori”. Principiul funcționării lor a fost încălzirea apei la 100 ° C folosind lumina soarelui, ceea ce a dus la generarea de energie electrică. Munca colectorilor a constat într-o transformare în mai multe etape a energiei: acumularea razelor solare, fierberea lichidului, formarea aburului, mișcarea unui motor cu abur și conversia energiei termice în energie mecanică.

Spre deosebire de un colector, o baterie solară transformă direct ieșirea soarelui în energie electrica. De asemenea, merită remarcată o astfel de caracteristică a bateriei solare precum utilizarea luminii mai degrabă decât a căldurii, care permite generarea de energie electrică chiar și iarna.

Astăzi, principiul de funcționare al acestor dispozitive se bazează pe transformarea acțiunii razelor în curent electric(efect fotoelectric) folosind semiconductori speciali, care alcătuiesc întreaga baterie.

Descoperitorii efectului fotoelectric sunt trei fizicieni distinși. Însuși fenomenul unui astfel de proces a fost descris de un fizician de origine franceză - Alexandre Edmond Becquerel în 1839. Apoi, în 1873, a fost descoperit primul semiconductor care implementează efectul fotoelectric de către inginerul electric englez Willoughby Smith. Iar principiul de funcționare, circuitul bateriei solare au fost descrise mai detaliat, iar legile descoperitorilor anteriori au fost confirmate în 1905 de celebrul laureat al Premiului Nobel Albert Einstein.

Definiția și bazele transformării energiei

Dispozitivul bateriei solare este format dintr-o placă echipată cu un lanț de semiconductori conectați (fotocelule). Fotocelulele îndeplinesc funcția de a transforma lumina solară în curent electric. Prin urmare, pentru a înțelege principiul de funcționare al acestui dispozitiv, ar trebui să studiați elementele de bază ale acestuia, și anume fotocelulele.

Fotocelulele sunt semiconductori care transformă acțiunea cuantelor de radiație electromagnetică, capabile să se miște doar cu viteza luminii, în energie electrică. Procesul acestei transformări se numește efect fotoelectric, care apare sub influența luminii solare asupra structurii fotocelulei. Particularitatea structurii constă în eterogenitatea sa, care este creată folosind aliaje de diferite materiale și impurități pentru a-și schimba proprietățile din punct de vedere al fizicii și chimiei.

Pentru a economisi la facturile de energie electrică, cititorii noștri recomandă Electricity Saving Box. Plățile lunare vor fi cu 30-50% mai mici decât erau înainte de utilizarea economizorului. Îndepărtează componenta reactivă din rețea, rezultând o reducere a sarcinii și, în consecință, a consumului de curent. Aparatele electrice consumă mai puțină energie electrică și costurile sunt reduse.

Aceleași impurități creează joncțiuni negative și pozitive (p-n), care stau la baza funcționării a doi semiconductori și a conductivității între ele. Pe lângă această metodă, care creează eterogenitate în structura fotocelulelor, se mai folosesc următoarele:

combinarea semiconductorilor cu diferite benzi interzise;
modificarea compoziției chimice a fotocelulei pentru a forma o structură cu goluri gradate;
o combinație a metodelor de mai sus.

Transformarea energiei depinde direct de proprietățile fizice și electrice ale structurii și conductivitatea electrică a semiconductorilor (fotoconductivitate). Fotocelula este formată din diferite tipuri electronii și straturile lor. Electrodul pe care apare sarcina este de tip negativ și, în consecință, anodul (receptorul) acestei sarcini este de tip pozitiv. Acumularea energiei solare se produce în acest fel: electronii care ies din stratul negativ sub influența luminii solare sunt acceptați de anozi. Părăsind stratul de electroni pozitivi, ei revin la locația lor inițială. Apoi pașii se repetă. Prin urmare, energia Soarelui rămâne în interiorul dispozitivului.

Clasificare

În funcție de material și metoda de fabricație, se disting următoarele tipuri de celule solare: siliciu și film.

Bateriile cu siliciu sunt dispozitive al căror material activ principal este siliciul. Siliciul este caracterizat performante ridicateÎn comparație cu alte materiale folosite pentru a crea aceste dispozitive, este, prin urmare, la mare căutare. În funcție de structura lor, dispozitivele din siliciu sunt împărțite în trei subtipuri:

Dispozitivele de film sunt împărțite în următoarele tipuri:

pe bază de telurura de cadmiu folosind tehnologia filmului;
pe baza unui aliaj de cupru, indiu și seleniu, eficiența unor astfel de dispozitive este de 16-20%;
dispozitive cu film polimeric din fotocelule organice, eficiența lor este de 5-6%.

Schema de conectare a panoului solar presupune calcularea sarcinii și configurarea regulatorului de încărcare. Cele mai multe schema simpla poate fi luată în considerare folosind exemplul unui felinar de grădină. Astfel de lumini de grădină devin treptat răspândite datorită iluminării puternice a potecilor, gazonului și terenurilor de grădină. Iarna, lumina de la felinarele de grădină alimentate cu energie solară este mai puțin strălucitoare decât în alte momente. Schema in în acest caz, constă dintr-un element fotosensibil, o baterie de stocare și o baterie solară.

Astăzi, sunt în curs de dezvoltare pentru a produce câmpuri la scară largă de panouri solare în Antarctica. Astfel de centrale vor acumula energie în timpul zilei polare de șase luni, care are loc în teritoriile nordice vara și în sud iarna. Energia solară este o alternativă demnă la curentul electric, astfel încât gama sa de aplicații este largă. Bateriile alimentate de lumina soarelui sunt chiar folosite pentru fabricarea navelor spațiale.

Astăzi toată lumea aude conceptul energie alternativă. Nu mai este un secret faptul că rezervele de petrol, gaze și alte tipuri de combustibil de pe Pământ nu sunt nelimitate, așa că oamenii de știință și inginerii continuă să caute modalități de a utiliza eficient resursele regenerabile pentru a produce electricitate atât de necesară. În ultimii ani, celulele solare au încetat să mai fie exotice, folosite doar în nave spațiale, au devenit larg răspândite pentru alimentarea clădirilor, mașinilor, alimentare autonomă mic aparate electrocasniceși electronice. Deoarece Soarele este o sursă uriașă de energie care este disponibilă pentru toată lumea, este util să știi cum să transformi lumina în electricitate sau cum funcționează un panou solar.

Principiul de funcționare al unei baterii solare

Acest dispozitiv, numit și panou solar, constă dintr-un set de convertoare fotoelectrice conectate într-un anumit mod, care includ două straturi de semiconductori cu diverse tipuri conductivitate – p și n. Siliciul cu anumite impurități este cel mai adesea folosit ca substanță cu astfel de proprietăți. Când i se adaugă fosfor, în structura rezultată apare un exces de electroni (sarcină negativă) și se formează un semiconductor de tip n, iar când se adaugă bor, se formează un semiconductor de tip p, caracterizat prin lipsa de electroni sau prezența găurilor. Dacă plasați aceste straturi între doi electrozi așa cum se arată în imagine și oferiți acces ușor la cel de sus, veți obține un convertor fotoelectric.

Când un element este iluminat, acesta absoarbe o parte din energia incidentă, rezultând o generare suplimentară de găuri și electroni. Câmpul electric existent în joncțiune p-n e, primul se deplasează în regiunea p, iar cel de-al doilea în regiunea n. În acest caz, sarcinile pozitive se acumulează pe electrodul inferior, sarcinile negative se acumulează pe electrodul superior, adică apare o diferență de potențial - o tensiune constantă U. Astfel, convertorul fotoelectric funcționează ca o sursă de forță electromotoare (EMF) - o baterie mica. Dacă la acesta este conectată o sarcină, în circuit va apărea un curent I, a cărui valoare va depinde de tipul de fotocelulă, de dimensiunea acesteia, de intensitatea radiației solare și de rezistența consumatorilor conectați. Emf-ul bateriei scade odată cu creșterea temperaturii cu aproximativ 0,4%/°C. Prin urmare, pentru o funcționare eficientă și pe termen lung, panoul trebuie răcit folosind ventilatoare sau sisteme de apă.

Cel mai important parametru al unei surse de energie solară este puterea P=UI. Desigur, curentul și tensiunea obținute ca urmare a funcționării unei celule foto sunt mici, așa că în baterie sunt combinate într-un anumit mod pentru a crește acești indicatori. Dacă conectați convertoarele în serie, atunci totalul tensiune de ieșire vor fi proporționale cu numărul acestora. Conectarea în paralel a elementelor individuale duce la o creștere a curentului. Prin combinarea ambelor tipuri de conexiuni într-un anumit mod, așa cum se arată în imagine, se obțin parametrii de ieșire necesari ai bateriei și, prin urmare, puterea acesteia.

Când aprindeți o baterie, nu toată energia radiației solare este convertită în electricitate - o parte din ea este reflectată și, de asemenea, cheltuită pentru încălzirea elementelor. Majoritatea panourilor fotovoltaice produse comercial au o eficiență de 9-24%. De asemenea, este important să știm cum funcționează panoul solar în condițiile în care unele dintre celule sunt întunecate. În acest caz, convertoarele care nu sunt expuse la lumina soarelui se vor transforma în consumatori de energie și se vor încălzi. Prin urmare, grupurile de fotocelule sunt șuntate cu diode cu rezistență scăzută, împiedicând curentul să circule prin componentele întunecate ale bateriei. Panoul va funcționa cu mai puțină putere.

Conversia energiei obținute cu ajutorul panourilor solare

Celulele fotovoltaice produc tensiune constantă, dar multe tipuri de echipamente sunt alimentate cu tensiune alternativă, ceea ce necesită prezența convertoarelor adecvate. În plus, panourile solare produc energie electrică în timpul zilei, iar consumul acesteia are loc non-stop, prin urmare, sunt necesare componente suplimentare care să stocheze și să distribuie energia. Să luăm în considerare un exemplu de sistem de alimentare cu energie al unei clădiri care utilizează surse solare - o mică centrală solară, a cărei structură este prezentată în imagine.

Această schemă poate funcționa în clădirile în care există o rețea electrică, iar bateria solară este folosită pentru a economisi consumul de energie din aceasta, precum și ca sursă de rezervă atunci când cea principală este oprită. Principiul general Funcționarea sistemului este următoarea: tensiunea continuă generată de convertoarele fotoelectrice este furnizată unui invertor, care o transformă în tensiune alternativă, și bateriilor, care, atunci când sunt încărcate sub controlul unui controler special, acumulează energie.

În acest caz, electrocasnicele din casă sunt împărțite în redundante - cele pentru care o întrerupere de curent poate duce la consecințe nedorite (frigider, sisteme de supraveghere video, sisteme de alarmă) și neredundante - toate celelalte. Când rețeaua este deconectată, invertorul alimentează dispozitivele redundante din bateria solară, iar dacă energia din aceasta nu este suficientă, atunci din baterii. Când rețeaua este conectată, electricitatea generată de panouri merge mai întâi pentru a le încărca. Și când acest lucru nu mai este necesar, invertorul transformă tensiunea continuă în tensiune alternativă, care alimentează sarcina. Acest lucru economisește consumul de la sursa principală.

Bateriile solare pot fi utilizate fără echipamentul suplimentar considerat pentru alimentarea sau încărcarea echipamentelor electronice portabile alimentate de tensiune DC, de exemplu, calculatoare, playere, lanterne, dispozitive mobile.

Pe lângă electricitate, căldura poate fi obținută direct din energia luminoasă. Pentru aceasta se folosesc colectoare solare. Având în vedere că astăzi există tendințe de reducere a costului convertoarelor fotovoltaice și de creștere a eficienței acestora, în general, energia solară este o direcție promițătoare care permite silențioasă și ecologică într-un mod curat primi electricitate gratuită, precum și căldură pentru încălzire și alimentare cu apă caldă.

S-ar părea că recent bateria solară a fost puternic asociată cu nave spațiale, stații orbitale și rovere lunare. Și acum, un dispozitiv capabil să extragă electricitate din lumină poate fi găsit în orice calculator. Mai mult, în țările bogate în soare, cu veri fierbinți și ierni blânde (oamenii de știință le numesc „țări cu insolație mare”), precum Italia, Spania, Portugalia, statele sudice ale SUA etc. Energia solară este o modalitate semnificativă de economisire a energiei electrice și a energiei termice. Mai mult, această economisire are loc atât din inițiativa privată a cetățenilor, cât și sub forma unor reglementări guvernamentale obligatorii, precum în Spania.

Încercările de a face ca energia soarelui să lucreze singure au fost făcute de omenire de mult timp, așa că, potrivit legendei, Arhimede a ars flota romană, ordonând multe oglinzi (într-o altă versiune - scuturi lustruite până la strălucire) pentru a concentra lumina soarelui asupra pânzele galerelor romane. Dar încercările de a valorifica energia soarelui au dat rezultate notabile abia în ultimul secol. Care sunt modalitățile de utilizare a energiei solare?

Cum să obțineți electricitate

Cea mai evidentă modalitate este de a transforma energia luminoasă a soarelui în căldură. Strict vorbind, aceasta nici măcar nu poate fi numită o transformare, deoarece lumina și căldura au aceeași natură și diferă doar prin frecvență, mai corect ar fi să vorbim despre colectarea căldurii. Pentru a colecta căldura solară, dispozitivele sunt numite - („colector” înseamnă literalmente colector). Principiul funcționării lor este extrem de simplu - lichidul de răcire (apa, mai rar aer) este încălzit într-un radiator din material care absorb căldura. Astfel de dispozitive sunt utilizate pe scară largă pentru alimentarea cu apă caldă a caselor private.

Altul mod interesant Natura ne spune cum să folosim energia celei mai apropiate stele. De-a lungul a milioane de ani de evoluție, plantele au învățat să transforme energia soarelui în energia legăturilor chimice, sintetizând un compus complex - glucoza - din substanțe simple. Oricine nu a sărit peste botanica la școală, desigur, a ghicit asta despre care vorbim despre fotosinteză. Dar nu toată lumea s-a gândit la esența energetică a acestui proces, care constă tocmai în acumularea energiei solare și utilizarea ulterioară a acesteia (inclusiv iarna) în scopuri „personale”. Adică vorbim despre bioenergie. Cel adevărat, și nu cel despre care vorbesc magicienii de acasă. Metoda de utilizare a energiei solare conform acestui principiu de funcționare încă așteaptă aplicarea sa în tehnologia artificială.

După cum am menționat mai sus, cel mai simplu mod de a utiliza energia solară în scopuri personale este colectarea energiei termice. Cu toate acestea, „cel mai ușor” nu înseamnă întotdeauna „cel mai bun”. Faptul este că energia termică este, s-ar putea spune, un „produs perisabil”. Încercați să „conserviți” căldura sau să o transferați pe distanțe lungi. Cel mai probabil, costurile vor acoperi toate beneficiile posibile. Cel mai convenabil tip de energie pentru acumulare și transport este electricitatea. Se poate face și fără probleme speciale colectate în baterii sau transmise prin fire până la locul unde va funcționa, cu pierderi minime. Acest lucru duce la al treilea mod, cel mai comun, de a folosi lumina soarelui - transformarea acesteia în energie electrică.

Cum funcţionează asta

Transformarea luminii solare are loc în baterii (adică în grupuri conectate în serie) de fotocelule, care au dobândit denumirea de „baterii solare”. Pe ce principiu funcționează panourile solare?

Inima unei fotocelule este un cristal de siliciu.Întâlnim zilnic siliciu (mai precis, oxizii săi) - acesta este nisipul familiar. Astfel, putem spune că un cristal de siliciu este un grăunte uriaș de nisip crescut într-un laborator. Cristalele au formă de cub și sunt tăiate în platină grosime de două sute de microni (aproximativ de trei până la patru ori grosimea unui păr uman).

Un strat subțire de fosfor este aplicat pe o placă de siliciu pe o parte și un strat subțire de bor pe cealaltă parte. Acolo unde siliciul este în contact cu borul, apare un exces de electroni liberi, iar acolo unde siliciul este în contact cu fosforul, dimpotrivă, electronii sunt insuficienti, apar așa-numitele „găuri”. Se numește joncțiunea mediilor cu exces și deficiență de electroni fizica p-n tranziţie. Fotonii luminii bombardează suprafața plăcii și elimină electronii de fosfor în exces la electronii de bor lipsă. Mișcarea ordonată a electronilor este curent electric. Tot ce rămâne este să-l „asamblezi” trecând șine metalice prin placă. Așa funcționează în principiu o fotocelulă de siliciu.

Puterea unei plăci fotocelule este destul de modestă, este suficientă doar pentru a acționa un bec de lanternă. Prin urmare, elementele individuale sunt asamblate în sisteme de baterii. Teoretic, este posibilă asamblarea unei baterii de orice putere din elemente. Bateria este așezată pe un substrat metalic, întărit pentru a crește rezistența și acoperită cu sticlă. Este important ca bateria solară să transforme nu numai partea vizibilă a spectrului solar în electricitate, ci și partea ultravioletă a spectrului solar, astfel încât sticla care acoperă bateria trebuie să transmită radiații ultraviolete.

Un avantaj important al unei baterii solare este că folosește lumină, nu căldură, prin urmare, spre deosebire de un colector, o baterie solară poate funcționa iarna, atâta timp cât norii nu blochează lumina soarelui.

Există proiecte pentru a construi câmpuri uriașe de panouri solare în Arctica și Antarctica care vor stoca energie în timpul zilei polare de șase luni, care are loc în nord vara și în sud iarna, ceea ce înseamnă că două centrale solare gigantice nu vor fi niciodată. inactiv în același timp.

Toate acestea sunt pe termen lung, dar puteți beneficia astăzi de proprietățile unei baterii solare echipându-vă casa cu o centrală solară în miniatură. O astfel de stație, desigur, este puțin probabil să poată satisface pe deplin nevoile de energie electrică ale gospodăriei, dar, fără îndoială, va deveni un factor sensibil în economisirea bugetului familiei. Despre noi scriem des energie alternativă, inclusiv solară. Acest articol începe o serie de articole despre principiile de funcționare diverse dispozitive funcționează pe energie regenerabilă. Iar primul lucru care va fi luat în considerare sunt panourile solare. Energia solară în în ultima vreme folosit peste tot: la iluminarea naturală a încăperilor, încălzirea apei, uscare și uneori chiar și la gătit. Cu toate acestea, cea mai importantă utilizare a energiei solare este poate generarea de electricitate. Iar elementul principal al unei astfel de generații este o baterie solară!

Structura panourilor solare

O baterie solară este formată din fotocelule conectate în serie și paralel. Toate fotocelulele sunt amplasate pe un cadru din materiale neconductoare. Această configurație vă permite să asamblați celule solare cu caracteristicile necesare (curent și tensiune). În plus, acest lucru face posibilă înlocuirea fotocelulelor defecte cu o simplă înlocuire.

Principiul de funcționare

Principiul de funcționare al celulelor fotovoltaice care alcătuiesc o baterie solară se bazează pe efectul fotovoltaic. Acest efect a fost observat de Alexandre Edmond Becquerel în 1839. Ulterior, munca lui Einstein în domeniul efectului fotoelectric a făcut posibilă descrierea cantitativă a fenomenului. Experimentele lui Becquerel au arătat că energia radiantă a soarelui poate fi transformată în electricitate folosind semiconductori speciali, care mai târziu au fost numite fotocelule.

În general, această metodă de generare a energiei electrice ar trebui să fie cea mai eficientă, deoarece este într-o singură etapă. În comparație cu alte tehnologii de conversie a energiei solare prin tranziție termodinamică (Raze -> Încălzirea apei -> Abur -> Rotația turbinei -> Electricitate), se pierde mai puțină energie în tranziții.

Structura unei fotocelule

O fotocelulă pe bază de semiconductor este alcătuită din două straturi cu conductivități diferite. Contactele sunt lipite de straturi pe diferite părți, care sunt folosite pentru a se conecta la un circuit extern. Rolul catodului este jucat de un strat cu n-conductivitate (conductivitate electronică), rolul anodului este jucat de stratul p (conductivitatea orificiului).

Curentul din stratul n este creat de mișcarea electronilor, care sunt „eliminați” atunci când lumina îi lovește din cauza efectului fotoelectric. Curentul din stratul p este creat de „mișcarea găurilor”. O „găură” este un atom care a pierdut un electron în consecință, saltul electronilor de la „gaură” la „găură” creează „mișcarea” găurilor, deși „găurile” în sine, desigur, nu se mișcă în spațiu; .

La joncțiunea straturilor cu conductivitate n și p, se creează o joncțiune p-n. Se dovedește a fi un fel de diodă care poate crea o diferență de potențial datorită pătrunderii razelor de lumină.

Mecanismul fizic de acțiune

Atunci când razele de lumină lovesc stratul n, se produc electroni liberi datorită efectului fotoelectric. În plus, ei primesc energie suplimentară și sunt capabili să „sare” peste bariera potențială a joncțiunii pn. Concentrația de electroni și găuri se modifică și se formează o diferență de potențial. Dacă închideți un circuit extern, curentul va începe să curgă prin el.

Diferența de potențial (și, în consecință, fem) pe care o poate crea o fotocelulă depinde de mulți factori: intensitatea radiației solare, aria fotocelulei, eficiența structurii și temperatura (când este încălzită, conductivitatea scade. ).

Din ce sunt alcătuite fotocelulele?

Prima fotocelulă din lume a apărut în 1883 în laboratorul lui Charles Fritts. Era făcut din seleniu placat cu aur. Din păcate, acest set de materiale a arătat rezultate slabe - aproximativ 1% eficiență.

O revoluție în utilizarea fotocelulelor a avut loc atunci când prima celulă de siliciu a fost creată în intestinele laboratorului Bell Telephone. Compania avea nevoie de o sursă de energie electrică pentru centrala telefonica, și se poate spune că este prima companie care a folosit o sursă alternativă de energie solară.

Siliciul este încă principalul material pentru producția de celule solare. În general, siliciul (Siliciu, Siliciu) este al doilea element cel mai comun de pe Pământ, rezervele sale sunt uriașe. Cu toate acestea, există o mare problemă în utilizarea sa industrială - purificarea sa. Acest proces necesită multă muncă și este costisitor, așa că siliciul pur este scump. Acum este în curs de căutare analogi care ar fi la fel de eficienți ca siliciul. Compușii de cupru, indiu, seleniu, galiu și cadmiu, precum și celulele solare organice, sunt considerați promițători.

Baterii solare (ansambluri)

Cu toate acestea, diferența de potențial creată de o singură celulă solară este mică pentru aplicații industriale. Pentru a putea folosi celulele solare pentru alimentarea dispozitivelor, acestea sunt conectate între ele. Aceasta produce celule solare ( ansambluri solare, module solare). În plus, fotocelulele sunt acoperite cu diferite straturi de protecție din sticlă, plastic și diverse filme. Acest lucru se face pentru a proteja elementul fragil.

Principala caracteristică de funcționare a unei baterii solare este putere de vârf, care este exprimat în wați (W, W). Această caracteristică arată putere de ieșire baterii in conditii optime: radiatie solara 1 kW/m2, temperatura mediu 25 o C, lățimea spectrului solar 45 o (AM1.5). În condiții normale, este extrem de rar să se obțină astfel de indicatori, iluminarea este mai scăzută, iar modulul se încălzește mai mult (până la 60-70 de grade).

Prin conectarea fotocelulelor în serie creștem diferența de potențial, în timp ce conectând în paralel creștem curentul. Astfel, prin combinarea conexiunilor, puteți obține parametrii necesari pentru curent și tensiune și, prin urmare, pentru putere. În plus, nu numai fotocelulele dintr-o baterie solară, ci și bateriile solare în ansamblu pot fi conectate în serie sau în paralel.

Probabil ați observat că un calculator obișnuit funcționează cu iluminare minimă de la orice lampă. Compararea dimensiunii celulei solare a unui calculator și a unuia standard modul solar, puterea de radiație, vă puteți imagina performanța.

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 mediului ambiant este mai scăzută, cu atât este 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 viața de zi cu zi pentru a alimenta și încărca portabile. dispozitive electronice. Și în unele țări, energia solară este deja utilizată în mod activ nu numai în marile industrii centrale solare. dar și în miniinstalații electrice de acasă. 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. Combinând mai multe convertoare fotovoltaice într-un modul într-o anumită ordine, și modulele 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, o cantitate uriașă de energie intră pe suprafața planetei 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 proiectarea unui convertor direct de lumină solară în energie electrică - o celulă solară.

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 sunt numite 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 joncțiune multiplă tipică celula solara Fotocelulele individuale sunt aranjate una în spatele celeilalte astfel încât lumina soarelui lovește mai întâi celula cu cea mai mare bandgap, iar fotonii de cea mai mare energie sunt absorbiți.

Bateriile nu funcționează din lumina soarelui, ci din lumina soarelui în principiu. Radiația electromagnetică ajunge pe 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 este făcut de proprietarii casei, ci de 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 fotoelectric din celulele siliconice energie solară transformat în energie electrică. 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 de temperatură la care puteți obține 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

Peninsula Kola

Cavalerii Maltei

Damasc - oraș al păcii

Miracole și teleportarea umană

Îndrăgostit de o fantomă

Note ale unui exorcist modern

Preotul și exorcistul englez Dr. Donald Omand a auzit de la o asistentă o poveste teribilă despre povestea muribundă a unui om pe moarte. Acest om...

Planifică o călătorie lungă cu mașina

Când planificați o călătorie lungă, trebuie nu numai să vă pregătiți cu atenție, ci și să faceți același lucru cu mașina dvs. O intrebare importanta...

Camioane ale armatei

Până la formarea RSS letonă la 5 august 1940, această țară avea deja propria sa industrie de automobile compactă. Planta principală a fost...

Zidul lui Hadrian

Există adesea cazuri în istorie când locurile istorice celebre sau monumentele arhitecturale au analogi care sunt mai puțin cunoscuți sau necunoscuti deloc. ...

Cum să crezi în tine

Știința psihologiei sfătuiește: în primul rând, ar trebui să înțelegeți că multe depind de gândurile noastre. Dacă convingem constant...

Transformarea unui OZN

Cea mai intrigantă proprietate a obiectelor zburătoare neidentificate este schimbarea dimensiunii și formei lor. Deosebit de interesantă este capacitatea obiectelor de a fi împărțite în...

Ku Klux Klan - trecut și prezent

Prima organizație Ku Klux Klan și-a încheiat existența la începutul anilor 1870. când președintele Ulysses S. Grant a interzis astfel de mișcări adoptând o lege...