Il principio di funzionamento della batteria solare: come è organizzato e come funziona il pannello solare

orologio ad acqua

Questo metodo di controllo del dispositivo rotante è stato inventato da un intraprendente studente canadese ed è responsabile della rotazione di un solo asse, quello orizzontale.

Anche il principio di funzionamento è semplice ed è il seguente:

1. La batteria solare viene installata nella sua posizione originale quando i raggi solari colpiscono perpendicolarmente la fotocellula.
2. Successivamente, su uno dei lati viene attaccato un contenitore con acqua e sull'altro lato viene attaccato un oggetto dello stesso peso del contenitore con acqua. Il fondo del contenitore dovrebbe avere un piccolo foro.
3. Attraverso di esso, l'acqua uscirà gradualmente dal serbatoio, a causa della quale il peso diminuirà e il pannello si inclinerà lentamente verso il contrappeso. Sarà necessario determinare sperimentalmente le dimensioni del foro per il contenitore.

Questo metodo è il più semplice.Inoltre, consente di risparmiare risorse materiali che verrebbero spese per l'acquisto di un motore, come nel caso di un meccanismo a orologeria. Inoltre, puoi installare tu stesso il meccanismo rotante sotto forma di un orologio ad acqua, senza nemmeno avere alcuna conoscenza speciale.

I vantaggi dei pannelli solari

L'energia solare è un settore promettente in costante sviluppo. Hanno diversi vantaggi principali. Facilità d'uso, lunga durata, sicurezza e convenienza.

Gli aspetti positivi dell'utilizzo di questo tipo di batteria:

• Rinnovabile: questa fonte di energia non ha praticamente restrizioni, inoltre è gratuita. Almeno per i prossimi 6,5 miliardi di anni. È necessario selezionare l'attrezzatura, installarla e utilizzarla per lo scopo previsto (in una casa privata o in un cottage).
• Abbondanza - La superficie della terra riceve in media circa 120.000 terawatt di energia, che è 20 volte il consumo energetico attuale. I pannelli solari per cottage o case private hanno un enorme potenziale di utilizzo.
• Costanza: l'energia solare è costante, quindi l'umanità non è minacciata di una spesa eccessiva nel processo del suo utilizzo.
• Disponibilità: l'energia solare può essere generata in qualsiasi area, purché vi sia luce naturale. Tuttavia, il più delle volte viene utilizzato per il riscaldamento domestico.
• Pulizia ecologica - L'energia solare è un settore promettente che in futuro sostituirà le centrali elettriche funzionanti con risorse non rinnovabili: gas, torba, carbone e petrolio. Sicuro per la salute delle persone e degli animali domestici.

• Durante la produzione di pannelli e l'installazione di centrali solari non si verificano emissioni significative in atmosfera di sostanze nocive o tossiche.
• Silenzioso – La generazione di elettricità è quasi silenziosa e quindi questo tipo di centrale è migliore dei parchi eolici. Il loro lavoro è accompagnato da un ronzio costante, a causa del quale l'attrezzatura si guasta rapidamente e i dipendenti devono fare frequenti pause di riposo.
• Economico: quando si utilizzano pannelli solari, i proprietari di immobili sperimentano una significativa riduzione delle bollette per l'elettricità. I pannelli hanno una lunga durata: il produttore fornisce una garanzia sui pannelli da 20 a 25 anni. Allo stesso tempo, la manutenzione dell'intera centrale si riduce alla pulizia periodica (ogni 5-6 mesi) delle superfici dei pannelli da sporco e polvere.

Il principio di funzionamento della batteria solare

Come risultato del flusso di carica al confine degli strati p e n, nello strato n si forma una zona di carica positiva non compensata e nello strato p si forma una carica negativa, ad es. noto a tutti dal corso scolastico di fisica p-n-junction. La differenza di potenziale che si verifica alla transizione, la differenza di potenziale di contatto (barriera potenziale) impedisce il passaggio di elettroni dallo strato p, ma fa passare liberamente portatori minori nella direzione opposta, il che rende possibile ottenere foto-EMF quando la luce solare colpisce la cella solare.

Se esposti alla luce solare, i fotoni assorbiti iniziano a generare coppie elettrone-lacuna di non equilibrio. Gli elettroni generati vicino alla transizione passano dallo strato p alla regione n.

Allo stesso modo, i fori in eccesso e lo strato n entrano nello strato p (figura a). Si scopre che una carica positiva si accumula nello strato p e una carica negativa si accumula nello strato n, causando una tensione nel circuito esterno (Figura b). La sorgente di corrente ha due poli: positivo - strato p e negativo - strato n.

Questo è il principio di base del funzionamento delle celle solari. Gli elettroni sembrano quindi correre in cerchio, cioè lasciare lo strato p e tornare allo strato n, passando per il carico (accumulatore).

Il deflusso fotoelettrico in un elemento a giunzione singola è fornito solo da quegli elettroni che hanno un'energia superiore alla larghezza di un certo intervallo di banda. Quelli che hanno meno energia non partecipano a questo processo. Questa restrizione può essere rimossa da strutture multistrato costituite da più di un SC, in cui gap di banda diverso. Sono chiamati cascata, multigiunzione o tandem. La loro conversione fotoelettrica è maggiore a causa del fatto che tali celle solari funzionano con uno spettro solare più ampio. In essi, le fotocellule si trovano al diminuire del gap di banda. I raggi solari cadono prima sulla fotocellula con la zona più ampia, mentre avviene l'assorbimento dei fotoni con la massima energia.

Quindi, i fotoni passati dallo strato superiore cadono sull'elemento successivo e così via. Nel campo degli elementi a cascata, la direzione principale della ricerca è l'uso dell'arseniuro di gallio come uno o più componenti. Tali elementi hanno un'efficienza di conversione del 35%. Gli elementi sono collegati in una batteria, poiché le capacità tecniche non consentono la produzione di un elemento separato di grandi dimensioni (quindi potenza).

Le celle solari possono funzionare a lungo.Si sono dimostrati una fonte di energia stabile e affidabile, essendo stati testati nello spazio, dove il pericolo principale per loro è la polvere meteorica e le radiazioni, che portano all'erosione degli elementi di silicio. Ma poiché, sulla Terra, questi fattori non hanno un effetto così negativo su di essi, si può presumere che la vita utile degli elementi sarà ancora più lunga.

I pannelli solari sono già al servizio dell'uomo, essendo una fonte di alimentazione per vari dispositivi, dai telefoni cellulari ai veicoli elettrici.

E questo è già il secondo tentativo dell'uomo di frenare la sconfinata energia solare, costringendola a lavorare per il proprio bene. Il primo tentativo è stato quello di creare dei collettori solari, nei quali l'elettricità fosse generata riscaldando l'acqua fino al punto di ebollizione con i raggi concentrati del sole.

Il vantaggio delle batterie solari è che producono direttamente energia elettrica, perdendo molta meno energia rispetto ai collettori solari multistadio, in cui il processo per ottenerla è associato alla concentrazione dei raggi solari, al riscaldamento dell'acqua, alla generazione di vapore che fa ruotare una turbina a vapore , e solo dopo che genera elettricità da un generatore. I parametri principali dei pannelli solari: prima di tutto, la potenza

Quindi è importante quanta energia hanno

Questo parametro dipende dalla capacità delle batterie e dal loro numero. Il terzo parametro è il picco di consumo energetico, che indica il numero di dispositivi che possono essere collegati contemporaneamente. Un altro parametro importante è la tensione nominale, che determina la scelta di apparecchiature aggiuntive: inverter, pannello solare, controller, batteria.

Vantaggi e svantaggi

I pannelli solari, come altri dispositivi, hanno i loro vantaggi e svantaggi. Gli indubbi vantaggi di questi sistemi sono i seguenti:

• La possibilità di funzionamento autonomo consente di organizzare l'alimentazione di oggetti, dispositivi elettronici e illuminazione, a distanza a notevole distanza da reti elettriche fisse.
• Notevoli risparmi sui costi durante il funzionamento. La luce solare che si trasforma in elettricità non costa nulla e non richiede costi aggiuntivi. Devi pagare solo per inverter e batterie che richiedono la sostituzione periodica. E anche in questo caso i pannelli solari si ripagano in circa 10 anni con un periodo medio di garanzia di 25-30 anni. Se segui tutte le regole di funzionamento, le batterie possono durare ancora di più.
• Rispetto alle centrali elettriche convenzionali che consumano carburante e inquinano l'ambiente, lo schema di funzionamento dei pannelli solari è rispettoso dell'ambiente e privo di rumori.

Tuttavia, questi dispositivi presentano anche seri inconvenienti, che dovrebbero essere presi in considerazione in anticipo nei calcoli preliminari:

• L'alto costo non solo dei pannelli, ma anche dei componenti aggiuntivi: inverter, controller, batterie.
• L'ammortamento richiede troppo tempo. Il denaro viene ritirato dalla circolazione per molto tempo.
• Gli impianti solari con celle fotovoltaiche richiedono molto spazio. Abbastanza spesso, per questi scopi, è necessario utilizzare non solo l'intero tetto, ma anche le pareti dell'edificio, violando gravemente le decisioni di progettazione. È necessario spazio aggiuntivo per batterie di grande capacità, che in alcuni casi possono occupare un'intera stanza.
• Il processo di generazione dell'elettricità avviene in modo non uniforme, a seconda dell'ora del giorno. Questo svantaggio è compensato dalle batterie ricaricabili, che accumulano elettricità durante il giorno e la danno ai consumatori di notte.

I transistor come base di elementi luminosi

I transistor sono adatti al nostro scopo, poiché al loro interno hanno un elemento semiconduttore di silicio abbastanza grande, che verrà utilizzato per produrre elettricità. È meglio optare per transistor come KT o P.

Iniziamo a lavorare. Prima di tutto, tagliamo la copertura metallica dal numero richiesto di componenti radio. Questo è più facile da fare se si blocca il transistor in una morsa e lo si taglia con cura con un seghetto. All'interno vedrai un piatto. Questa è la parte principale del nostro futuro dispositivo. Servirà da fotocellula per noi.

La parte avrà tre contatti: base, emettitore e collettore. In fase di montaggio, scegliere la giunzione del collettore per la maggiore differenza di potenziale.

È meglio eseguire l'assemblaggio fai-da-te su una superficie piana da qualsiasi materiale dielettrico.

I transistor che utilizzerai durante la creazione di pannelli solari dovrebbero essere controllati prima del lavoro. Per questi scopi, prendiamo un semplice multimetro. È necessario passare il dispositivo alla modalità di misurazione della corrente, accenderlo tra la base e il collettore o l'emettitore del transistor. Rimuoviamo l'indicatore - di solito il dispositivo mostra una piccola corrente - frazioni di milliampere, meno spesso poco più di 1 mA.Successivamente, passiamo il dispositivo alla modalità di misurazione della tensione (limite 1-3 V) e otteniamo il valore della tensione di uscita (sarà di circa pochi decimi di volt). È auspicabile raggruppare i transistor con valori ravvicinati delle tensioni di uscita.

Montaggio

I pannelli solari sono montati su un'apposita struttura, il cui collegamento determina la capacità delle fotocellule di resistere a qualsiasi condizione atmosferica avversa, come forte vento, pioggia o neve, e contribuisce inoltre alla formazione del corretto angolo di inclinazione.

Questo design è disponibile per la vendita nelle seguenti versioni:

• inclinato: tali sistemi sono ottimali per l'installazione su un tetto a falde;
• orizzontale: questo design è attaccato ai tetti piani;
• autoportante - batterie di questo tipo possono essere installate su tetti di vari tipi e dimensioni.

Il processo effettivo di installazione delle batterie viene eseguito secondo il seguente schema:

per il fissaggio del telaio del pannello sono necessari quadrati metallici di dimensioni 50x50 mm e inoltre sono necessari quadrati di 25x25 mm, utilizzati per travi distanziali

La presenza di queste parti consente di ottenere la resistenza richiesta e la stabilità affidabile della struttura portante e fornisce anche il grado di inclinazione richiesto;
è necessario assemblare il telaio, per questo sono necessari bulloni di dimensioni 6 e 8 m;
la struttura è fissata sotto copertura con montanti da 12 mm;
piccoli fori si formano nei quadrati preparati, i pannelli sono fissati al loro interno e le viti dovrebbero essere utilizzate per una maggiore adesione;
durante i lavori di installazione, prestare particolare attenzione al telaio: non dovrebbero esserci distorsioni.In caso contrario, potrebbe verificarsi una sovratensione del sistema, che provocherà la rottura del vetro.

L'installazione di fonti di calore e luce solare sulla loggia o sul balcone avviene secondo uno schema simile. L'unica eccezione è che il telaio è montato su un piano inclinato. È montato tra il muro portante principale dell'edificio e l'estremità dell'edificio, sempre sul lato soleggiato. L'automontaggio e l'installazione di pannelli solari di tutti i tipi non richiede esperienza nei lavori di costruzione, tuttavia saranno comunque richieste alcune capacità di installazione. Se lo desideri, puoi tranquillamente eseguire l'installazione da solo, tuttavia, prima sarebbe bello leggere la letteratura speciale sulle funzionalità dell'installazione impallidisce e studiare le master class disponibili su Internet e, naturalmente, fare scorta di gli strumenti necessari.

I vantaggi di lavorare con le tue mani sono evidenti: questo significa risparmiare molti soldi sui servizi di specialisti, oltre a un'esperienza straordinaria di cui potresti aver bisogno in futuro. Allo stesso tempo, se le capacità personali non sono sufficienti, non solo puoi perdere tempo, ma anche causare la rottura dei pannelli o la loro bassa efficienza.

Peculiarità

Oggi le batterie a base di policristalli fotovoltaici sono le più utilizzate. Tali modelli si distinguono per una combinazione ottimale di costo e quantità di energia rilasciata, sono caratterizzati da un ricco colore blu e da una struttura cristallina degli elementi principali. Sono molto facili da installare, perché anche un maestro senza molta esperienza lavorativa può far fronte alla loro installazione nella sua casa privata e nel loro cottage estivo. I pannelli fotovoltaici monocristallini sono i secondi più popolari.

Le celle solari, realizzate con silicio amorfo, sono caratterizzate da un'efficienza piuttosto bassa. Tuttavia, i loro prezzi sono leggermente inferiori al costo degli analoghi, quindi il modello è richiesto dai proprietari di case di campagna. Al momento, tali prodotti rappresentano l'85% del mercato. Non possono vantare modificazioni ad alta potenza e tellururo di cadmio; la loro produzione si basa su una tecnica cinematografica high-tech: diverse centinaia di micrometri di una sostanza vengono applicati in uno strato sottile su una superficie resistente. È interessante notare che a un livello di efficienza molto basso del prodotto, la sua potenza è piuttosto elevata.

Un'altra opzione per le batterie a energia solare sono le varietà a base di semiconduttori CIGS. Come la versione precedente, sono prodotti utilizzando la tecnologia a pellicola, tuttavia la loro efficienza è molto più elevata. Separatamente, vale la pena soffermarsi sul meccanismo di funzionamento del calore solare e delle fonti di luce. La cosa principale è rendersi conto chiaramente che la quantità totale di energia generata non può in alcun modo dipendere dal grado di efficienza del dispositivo stesso, poiché di solito tutti i tipi di tali dispositivi forniscono una potenza approssimativamente identica. La differenza principale è che i pannelli che hanno la massima efficienza richiedono meno spazio per la loro installazione.

I pannelli solari hanno i seguenti vantaggi:

• compatibilità ambientale dell'impianto;
• lungo periodo di utilizzo, durante il quale le caratteristiche operative dei pannelli rimangono costantemente elevate;
• le tecnologie raramente si guastano, quindi non necessitano di assistenza e manutenzione, oltre a costose riparazioni;
• l'utilizzo di batterie basate sull'energia solare permette di ridurre i costi di luce e gas in casa;
• i pannelli solari sono eccezionalmente facili da usare.

Tuttavia, non è stato privo di inconvenienti, tra i più significativi ci sono i seguenti:

• pannelli di scena alta;
• la necessità di installare una serie di apparecchiature aggiuntive per sincronizzare efficacemente l'energia ricevuta dalla batteria e quella ottenuta da fonti tradizionali;
• i pannelli non possono essere utilizzati a contatto con apparecchi che richiedono potenze elevate.

9. Caratteristiche delle celle solari con punti quantici

L'ultimo promettente tipo di batterie del prossimo futuro si basa sulle proprietà dei punti quantici fisici: inclusioni microscopiche di semiconduttori in un particolare materiale. Geometricamente, questi "punti" hanno una dimensione di pochi nanometri e sono distribuiti nel materiale in modo da coprire l'assorbimento della radiazione dall'intero spettro solare - IR, luce visibile e UV.

Un enorme vantaggio di tali pannelli è la capacità di lavorare anche di notte, generando circa il 40% della potenza massima diurna.

Caratteristiche fisiche e tecniche, certificazione ed etichettatura

Indipendentemente dalla composizione dei pannelli solari, ciascuno di essi presenta alcune delle seguenti importanti caratteristiche:

• meccanico – parametri geometrici, peso totale, tipo di telaio, vetro di protezione, numero di celle, tipo e larghezza dei connettori;
• elettrico o volt-ampere - potenza, tensione a vuoto, intensità di corrente al massimo carico, efficienza del pannello nel suo complesso ed in particolare delle singole celle;
• temperatura - cambiamento di efficienza con un aumento della temperatura di una certa unità di grandezza (di solito - 1 grado);
• qualità – vita utile, tasso di degradazione cellulare, presenza nelle graduatorie Bloomberg;
• funzionale - la necessità e la facilità di cura, la facilità di installazione/smontaggio.

I pannelli solari industriali, indipendentemente dai materiali di cui sono fatti, devono essere certificati. I requisiti minimi sono certificati di qualità ISO, CE, TUV (internazionale) e/o dell'Unione doganale (se venduti al suo interno).

Anche le norme internazionali sull'etichettatura sono obbligatorie. Per esempio, abbreviazione CHN-350M-72 contiene le seguenti informazioni:

• CHN - identificatore del produttore (in questo caso il ChinaLand cinese);
• 350 – potenza del pannello in watt;
• M – designazione del silicio monocristallino;
• 72 è il numero di celle fotovoltaiche nel modulo.

Cosa puoi realizzare a casa con i pannelli solari con le tue mani

Ciò richiede quanto segue:

Schema e calcoli predefiniti.
Un certo numero di celle solari prefabbricate: sono le più economiche da acquistare online, ad esempio sul sito Web di Aliexpress o in altri negozi online

Prestare attenzione al fatto che tutti gli elementi hanno le stesse caratteristiche elettriche. Cornice fatta in casa in legno e compensato: le regole per il suo assemblaggio possono essere visualizzate in numerosi video in rete

Plexiglas o plexiglass per rivestimento protettivo superficiale.
Vernici e colle resistenti al calore per la lavorazione di superfici in legno.
Strisce di contatto e fili per il collegamento delle celle. Schemi di vari metodi di connessione possono anche essere studiati su Internet.
Saldatore e saldatore. I lavori di saldatura devono essere eseguiti con molta attenzione per non rovinare il prodotto futuro.
Colla siliconica e viti autofilettanti per il fissaggio della batteria prefabbricata nel telaio.

Una piccola batteria richiederà un investimento di circa $ 30-50, mentre una versione di fabbrica della stessa capacità costerà solo il 10-20% in più.

Naturalmente, un tale design fatto in casa non durerà 25 anni, non avrà la potenza di una centrale solare a tutti gli effetti e non potrà vantare un'efficienza significativa. Tuttavia, il suo costo sarà il più minimo possibile.

Dispositivo a batteria solare

Affinché la batteria solare sia in grado di convertire la luce solare in corrente, sono necessari i seguenti elementi:

1. Uno strato fotovoltaico che svolge il ruolo di un semiconduttore. È rappresentato da due strati di materiali di diversa conduttività. Qui, gli elettroni sono in grado di spostarsi dalla regione p (+) alla regione n (-). Questa è chiamata giunzione p-n;
2. Un elemento è posto tra due strati di semiconduttori, che è essenzialmente una barriera alla transizione degli elettroni;
3. Fonte di energia. È necessario connettersi a un elemento che impedisce il trasferimento di elettroni. Trasforma il movimento degli elettroni carichi, cioè crea una corrente elettrica. Batteria dell'accumulatore. Accumula e immagazzina energia;
4. regolatore di carica. La sua funzione principale è quella di collegare e scollegare la batteria solare in base al livello di carica. I dispositivi più sofisticati sono in grado di controllare il livello massimo di potenza;
5. Convertitore da CC a CA (inverter);
6. Stabilizzatore di tensione.Fornisce protezione per il sistema di batterie solari da sbalzi di tensione.