עיקרון הפעולה של הסוללה הסולארית: איך הפאנל הסולארי מסודר ופועל

שעון מים

שיטה זו לשליטה במכשיר הסיבובי הומצאה על ידי סטודנט קנדי ​​יוזם ואחראית לסיבוב ציר אחד בלבד, האופקי.

עקרון הפעולה הוא גם פשוט והוא כדלקמן:

1. הסוללה הסולארית מותקנת במקומה המקורי כאשר קרני השמש פוגעות בתא הפוטו בניצב.
2. לאחר מכן מחברים מיכל עם מים לאחד הצדדים ולצד השני מחברים חפץ כלשהו במשקל זהה לזה של המיכל עם המים. בתחתית המיכל צריך להיות חור קטן.
3. דרכו יזרמו מים בהדרגה מהמיכל, עקב כך יקטן המשקל, והפאנל יטה לאט לכיוון המשקל הנגד. יהיה צורך לקבוע את מידות החור עבור המיכל באופן ניסיוני.

שיטה זו היא הפשוטה ביותר.בנוסף, זה חוסך משאבים חומריים שיוצאו על רכישת מנוע, כמו במקרה של שעון. בנוסף, אתה יכול להתקין את המנגנון הסיבובי בצורה של שעון מים בעצמך, אפילו בלי ידע מיוחד.

היתרונות של פאנלים סולאריים

אנרגיה סולארית היא תחום מבטיח שמתפתח כל הזמן. יש להם כמה יתרונות עיקריים. קלות שימוש, חיים ארוכים, בטיחות ובמחיר סביר.

ההיבטים החיוביים של השימוש בסוללה מסוג זה:

• מתחדש - למקור אנרגיה זה אין כמעט הגבלות, יתר על כן, הוא בחינם. לפחות ל-6.5 מיליארד השנים הבאות. יש צורך לבחור את הציוד, להתקין אותו ולהשתמש בו למטרה המיועדת לו (בבית פרטי או חלקת קוטג').
• שפע – פני כדור הארץ מקבלים בממוצע כ-120,000 טרה-וואט אנרגיה, שהם פי 20 מצריכת האנרגיה הנוכחית. לפאנלים סולאריים לקוטג'ים או לבתים פרטיים יש פוטנציאל עצום לשימוש.
• קביעות - אנרגיית השמש היא קבועה, ולכן האנושות אינה מאוימת בהוצאות יתר בתהליך השימוש בה.
• זמינות – ניתן להפיק אנרגיה סולארית בכל אזור, כל עוד יש אור טבעי. עם זאת, לרוב הוא משמש לחימום הבית.
• ניקיון אקולוגי – אנרגיה סולארית היא תעשייה מבטיחה שתחליף בעתיד תחנות כוח הפועלות על משאבים לא מתחדשים: גז, כבול, פחם ונפט. בטוח לבריאותם של אנשים וחיות מחמד.

• במהלך ייצור הפאנלים והתקנת תחנות כוח סולאריות, לא מתרחשות פליטות משמעותיות של חומרים מזיקים או רעילים לאטמוספירה.
• שקט - ייצור החשמל כמעט שקט, ולכן סוג זה של תחנת כוח עדיף על חוות רוח. עבודתם מלווה בזמזום מתמיד, שבגללו הציוד נכשל במהירות, והעובדים חייבים לקחת הפסקות תכופות למנוחה.
• חסכוני - בעת שימוש בפאנלים סולאריים, בעלי נכסים חווים הפחתה משמעותית בחשבונות החשמל עבור החשמל. לפנלים חיי שירות ארוכים - היצרן נותן אחריות על הפנלים בין 20 ל-25 שנים. במקביל, התחזוקה של תחנת הכוח כולה מצטמצמת לניקוי תקופתי (כל 5-6 חודשים) של משטחי הפנל מלכלוך ואבק.

עקרון הפעולה של הסוללה הסולארית

כתוצאה מזליגת מטען בגבול שכבות p ו-n, נוצר אזור של מטען חיובי לא מפוצה בשכבת n, ונוצר אזור של מטען שלילי בשכבת p, כלומר. מוכר לכולם מקורס בית הספר לפיזיקה p-n-junction. הפרש הפוטנציאלים המתרחש במעבר, הפרש פוטנציאל המגע (מחסום פוטנציאל) מונע מעבר אלקטרונים משכבת ​​ה-p, אך עובר בחופשיות נשאים מינוריים בכיוון ההפוך, מה שמאפשר לקבל photo-EMF כאשר אור השמש פוגע. התא הסולארי.

כאשר הם נחשפים לאור השמש, הפוטונים הנקלטים מתחילים ליצור זוגות אלקטרונים-חורים שאינם בשיווי משקל. האלקטרונים הנוצרים בסמוך למעבר עוברים משכבת ​​p לאזור n.

באופן דומה, חורים עודפים ושכבה n נכנסים לשכבת p (איור א).מסתבר שבשכבת p מצטבר מטען חיובי, בשכבת n מצטבר מטען שלילי הגורם למתח במעגל החיצוני (איור ב). למקור הזרם שני קטבים: חיובי - שכבת p ושלילי - n-שכבה.

זהו העיקרון הבסיסי של אופן הפעולה של תאים סולאריים. נראה שהאלקטרונים רצים במעגל, כלומר. עוזבים את שכבת p וחוזרים לשכבת n, עוברים דרך העומס (מצבר).

זרימה פוטו-אלקטרית באלמנט צומת יחיד מסופקת רק על ידי אותם אלקטרונים שיש להם אנרגיה גבוהה יותר מרוחב של פער פס מסוים. אלה שיש להם פחות אנרגיה אינם משתתפים בתהליך הזה. מגבלה זו ניתנת להסרה על ידי מבנים רב שכבתיים המורכבים מיותר מ-SC אחד, שבו פער band שונה. הם נקראים מפל, רב צומת או טנדם. ההמרה הפוטואלקטרית שלהם גבוהה יותר בשל העובדה שתאים סולאריים כאלה פועלים עם ספקטרום סולארי רחב יותר. בהם, תאי פוטו ממוקמים כאשר פער הלהקה פוחת. קרני השמש נופלות תחילה על תא הפוטו עם האזור הרחב ביותר, בעוד שקליטה של ​​פוטונים בעלי האנרגיה הגבוהה ביותר מתרחשת.

לאחר מכן, הפוטונים שעברו בשכבה העליונה נופלים על האלמנט הבא, וכן הלאה. בתחום אלמנטי אשד, הכיוון העיקרי של המחקר הוא השימוש בגליום ארסניד כמרכיב אחד או כמה. לאלמנטים כאלה יש יעילות המרה של 35%.האלמנטים מחוברים לסוללה, שכן יכולות טכניות אינן מאפשרות ייצור של אלמנט נפרד בגודל גדול (ולכן, כוח).

תאים סולאריים יכולים לעבוד לאורך זמן. הם הוכיחו את עצמם כמקור אנרגיה יציב ואמין, לאחר שנבדקו בחלל, כאשר הסכנה העיקרית עבורם היא אבק וקרינה מטאורית, המובילים לשחיקת יסודות סיליקון. אבל, מכיוון שעל כדור הארץ, לגורמים אלה אין השפעה שלילית עליהם, ניתן להניח כי חיי השירות של האלמנטים יהיו ארוכים אף יותר.

פאנלים סולאריים כבר עומדים לשירות האדם, בהיותם מקור כוח למכשירים שונים, החל מטלפונים ניידים ועד לרכבים חשמליים.

וזה כבר הניסיון השני של האדם לרסן את אנרגיית השמש חסרת הגבולות, ולהכריח אותה לפעול לטובתו. הניסיון הראשון היה ליצור קולטי שמש, שבהם נוצר חשמל על ידי חימום מים לנקודת רתיחה עם קרני השמש המרוכזות.

היתרון של סוללות סולאריות הוא בכך שהן מייצרות חשמל ישירות, ומאבדות הרבה פחות אנרגיה מאשר קולטים רב-שלביים סולאריים, שבהם תהליך קבלתו קשור לריכוז קרני השמש, חימום מים, יצירת קיטור המסובב טורבינת קיטור. , ורק לאחר מכן ייצור חשמל על ידי גנרטור. הפרמטרים העיקריים של פאנלים סולאריים - קודם כל, כוח

אז חשוב כמה אנרגיה יש להם

פרמטר זה תלוי בקיבולת הסוללות ובמספרן. הפרמטר השלישי הוא שיא צריכת החשמל, כלומר מספר החיבורים האפשריים בו זמנית של מכשירים.פרמטר חשוב נוסף הוא המתח המדורג, הקובע את בחירת הציוד הנוסף: מהפך, פאנל סולארי, בקר, סוללה.

יתרונות וחסרונות

לפאנלים סולאריים, כמו מכשירים אחרים, יש יתרונות וחסרונות משלהם. היתרונות הבלתי מבוטלים של מערכות אלו כוללים את הדברים הבאים:

• האפשרות לפעולה אוטונומית מאפשרת לך לארגן את אספקת החשמל של חפצים, מכשירים אלקטרוניים ותאורה, מרחוק במרחק ניכר מרשתות חשמל נייחות.
• חיסכון משמעותי בעלויות במהלך הפעולה. אור שמש שהופך לחשמל אינו עולה דבר ואינו מצריך עלויות נוספות. יש לשלם רק עבור ממירים וסוללות הדורשים החלפה תקופתית. וגם במקרה זה, פאנלים סולאריים ישתלמו תוך כ-10 שנים עם תקופת אחריות ממוצעת של 25-30 שנים. אם תקפידו על כל כללי הפעולה, הסוללות יכולות להחזיק מעמד אפילו יותר.
• בהשוואה לתחנות כוח קונבנציונליות שצורכות דלק ומזהמות את הסביבה, תוכנית ההפעלה של פאנלים סולאריים היא ידידותית לסביבה וללא רעש.

עם זאת, למכשירים אלה יש גם חסרונות רציניים, אותם יש לקחת בחשבון מראש בחישובים ראשוניים:

• העלות הגבוהה של לא רק לוחות, אלא גם רכיבים נוספים - ממירים, בקרים, סוללות.
• ההחזר לוקח יותר מדי זמן. כסף נמשך מהמחזור למשך זמן רב.
• מערכות סולאריות עם תאים פוטו-וולטאיים דורשות הרבה מקום.לעתים קרובות למדי, למטרות אלה, יש צורך להשתמש לא רק בגג כולו, אלא גם בקירות הבניין, תוך הפרה חמורה של החלטות עיצוביות. דרוש מקום נוסף לסוללות בעלות קיבולת גדולה, שבמקרים מסוימים יכולה לתפוס חדר שלם.
• תהליך הפקת החשמל מתרחש בצורה לא אחידה, בהתאם לשעה ביום. על החיסרון הזה מפצים סוללות נטענות, שצוברות חשמל במהלך היום ומעניקות אותו לצרכנים בלילה.

טרנזיסטורים כבסיס ליסודות קלים

טרנזיסטורים מתאימים למטרה שלנו, שכן בתוכם יש אלמנט מוליך למחצה סיליקון גדול למדי, שישמש לייצור חשמל. עדיף לבחור בטרנזיסטורים כמו KT או P.

אנחנו מתחילים לעבוד. קודם כל, אנו חותכים את מכסה המתכת מהמספר הדרוש של רכיבי רדיו. זה קל יותר לעשות אם אתה מהדק את הטרנזיסטור במלחצים וחותך אותו בזהירות עם מסור. בפנים תראה צלחת. זהו החלק העיקרי של המכשיר העתידי שלנו. הוא ישמש עבורנו תא צילום.

לחלק יהיו שלושה מגעים: בסיס, פולט ואספן. במהלך ההרכבה, בחר את צומת האספן בשל הפרש הפוטנציאל הגבוה ביותר.

הרכבה עשה זאת בעצמך נעשית בצורה הטובה ביותר על משטח שטוח מכל חומר דיאלקטרי.

יש לבדוק את הטרנזיסטורים שבהם אתה הולך להשתמש בעת יצירת פאנלים סולאריים לפני העבודה. למטרות אלה, אנו לוקחים מולטימטר פשוט.יש צורך להעביר את המכשיר למצב המדידה הנוכחית, להפעיל אותו בין הבסיס לאספן או הפולט של הטרנזיסטור. אנו מסירים את המחוון - בדרך כלל המכשיר מדגים זרם קטן - שברים של מיליאמפר, לעתים רחוקות יותר מ-1 mA. לאחר מכן, נעביר את המכשיר למצב מדידת מתח (מגבלה של 1-3 V), ונקבל את ערך מתח המוצא (זה יהיה בערך כמה עשיריות וולט). רצוי לקבץ טרנזיסטורים עם ערכים קרובים של מתחי מוצא.

הַרכָּבָה

פאנלים סולאריים מותקנים על מבנה מיוחד, שהחיבור איתו קובע את יכולתם של תאי הפוטו לעמוד בכל תנאי מזג אוויר שליליים, כגון רוח חזקה, גשם או שלג, וכן תורם להיווצרות זווית הנטייה הנכונה.

עיצוב זה זמין למכירה בגרסאות הבאות:

• נוטה - מערכות כאלה אופטימליות להתקנה על גג משופע;
• אופקי - עיצוב זה מחובר לגגות שטוחים;
• עצמאי - ניתן להתקין סוללות מסוג זה על גגות מסוגים וגדלים שונים.

התהליך בפועל של התקנת סוללות מתבצע על פי התוכנית הבאה:

לחיזוק מסגרת הפאנל נדרשים ריבועי מתכת בגודל 50X50 מ"מ ובנוסף נדרשים ריבועים של 25X25 מ"מ המשמשים לקורות מרווחים.

הנוכחות של חלקים אלה מאפשרת להשיג את החוזק הנדרש ואת היציבות האמינה של המבנה התומך, וגם נותן את מידת הנטייה הנדרשת;
אתה צריך להרכיב את המסגרת, בשביל זה אתה צריך ברגים בגודל 6 ו 8 מ';
המבנה מהודק מתחת לקירוי עם חתיכים של 12 מ"מ;
חורים קטנים נוצרים בריבועים המוכנים, לוחות קבועים בהם, ויש להשתמש בברגים להדבקה חזקה יותר;
במהלך עבודת ההתקנה, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת למסגרת - לא אמורים להיות בה עיוותים. אחרת, עלול להתרחש מתח יתר של המערכת, מה שיוביל לסדק של הזכוכית.

ההתקנה של חום שמש ומקורות אור על אכסדרה או על המרפסת מתבצעת על פי תוכנית דומה. היוצא מן הכלל היחיד הוא שהמסגרת מותקנת על מישור משופע. הוא מותקן בין הקיר הנושא הראשי של הבניין לקצה הבניין, תמיד בצד שטוף השמש. הרכבה עצמית והתקנה של פאנלים סולאריים מכל הסוגים אינם דורשים ניסיון בעבודות בנייה, אולם עדיין יידרשו מיומנויות התקנה מסוימות. אם תרצו, תוכלו לבצע את ההתקנה בבטחה בעצמכם, אולם לפני כן יהיה נחמד לקרוא ספרות מיוחדת על תכונות התקנת Pales וללמוד את כיתות האמן הזמינות באינטרנט, וכמובן, להצטייד ב הכלים הדרושים.

היתרונות של עבודה עם הידיים שלך ברורים - זה חוסך הרבה כסף בשירותים של מומחים, כמו גם ניסיון אדיר שאתה עשוי להזדקק לו בעתיד. יחד עם זאת, אם היכולות האישיות אינן מספיקות, אז אתה יכול לא רק לאבד זמן, אלא גם לגרום לפאנלים להישבר או ליעילות הנמוכה שלהם.

מוזרויות

כיום, סוללות המבוססות על פוליקריסטלים פוטו-וולטאיים הם הנפוצים ביותר.מודלים כאלה נבדלים על ידי שילוב אופטימלי של עלות וכמות האנרגיה המשתחררת, הם מאופיינים בצבע כחול עשיר ומבנה גבישי של האלמנטים העיקריים. הם קלים מאוד להתקנה, כי אפילו מאסטר ללא ניסיון עבודה רב יכול להתמודד עם התקנתם בביתו הפרטי ובקוטג' הקיץ שלהם. לוחות פוטו-וולטאיים מונו-גבישיים הם השני הפופולרי ביותר.

תאים סולאריים, המיוצרים באמצעות סיליקון אמורפי, מאופיינים ביעילות נמוכה למדי. עם זאת, המחירים שלהם נמוכים במקצת מהעלות של אנלוגים, ולכן המודל מבוקש בקרב הבעלים של בתים כפריים. נכון לעכשיו, מוצרים כאלה מהווים 85% מהשוק. הם לא יכולים להתהדר בשינויים בהספק גבוה ובקדמיום טלורידי; הייצור שלהם מבוסס על טכניקת סרטים היי-טק: כמה מאות מיקרומטרים של חומר מיושמים בשכבה דקה על משטח עמיד. ראוי לציין כי ברמת יעילות נמוכה מאוד של המוצר, הכוח שלו גבוה למדי.

אפשרות נוספת לסוללות המופעלות על ידי שמש הם הזנים מבוססי מוליכים למחצה CIGS. כמו הגרסה הקודמת, הם מיוצרים באמצעות טכנולוגיית סרטים, עם זאת, היעילות שלהם הרבה יותר גבוהה. בנפרד, כדאי להתעכב על מנגנון הפעולה של חום שמש ומקורות אור. העיקר הוא להבין בבירור שכמות האנרגיה הכוללת שנוצרת אינה יכולה להיות תלויה בשום אופן במידת היעילות של המכשיר עצמו, שכן בדרך כלל כל סוגי המכשירים מספקים כוח זהה בערך.ההבדל העיקרי הוא שפנלים בעלי יעילות מרבית דורשים פחות מקום להתקנה שלהם.

לפאנלים סולאריים יש את היתרונות הבאים:

• ידידותיות לסביבה של ההתקנה;
• תקופת שימוש ארוכה, שבמהלכה התכונות התפעוליות של הלוחות נשארות גבוהות באופן עקבי;
• טכנולוגיות מתקלקלות לעתים רחוקות, ולכן הן אינן זקוקות לשירות ותחזוקה, כמו גם לתיקונים יקרים;
• השימוש בסוללות המבוססות על אנרגיה סולארית מאפשר לך להפחית את עלות החשמל והגז בבית;
• פאנלים סולאריים קלים במיוחד לשימוש.

עם זאת, זה גם לא היה חף מחסרונות, בין המשמעותיים ביותר הם הבאים:

• לוחות במה גבוהה;
• הצורך להתקין מגוון ציוד נוסף כדי לסנכרן ביעילות את האנרגיה המתקבלת מהסוללה ואת זו המתקבלת ממקורות מסורתיים;
• לא ניתן להשתמש בפאנלים במגע עם מכשירים הדורשים הספק גבוה.

9. תכונות של תאים סולאריים עם נקודות קוונטיות

הסוג המבטיח האחרון של הסוללות של העתיד הקרוב בנוי על המאפיינים של נקודות קוונטיות פיזיקליות - תכלילים מיקרוסקופיים של מוליכים למחצה בחומר מסוים. מבחינה גיאומטרית, ה"נקודות" הללו הן בגודל של ננומטרים בודדים והן מפוזרות בחומר כך שיכסו את בליעת הקרינה מכל ספקטרום השמש - IR, אור נראה ו-UV.

יתרון עצום של פאנלים כאלה הוא היכולת לעבוד גם בלילה, לייצר כ-40% מהספק המרבי בשעות היום.

מאפיינים פיזיים וטכניים, הסמכה ותיוג

לא משנה ממה עשויים פאנלים סולאריים, לכל אחד מהם יש מספר מהמאפיינים החשובים הבאים:

• מֵכָנִי - פרמטרים גיאומטריים, משקל כולל, סוג מסגרת, זכוכית מגן, מספר תאים, סוג ורוחב של מחברים;
• חשמלי או וולט אמפר - כוח, מתח במעגל פתוח, חוזק זרם בעומס מרבי, יעילות הפאנל בכללותו ותאים בודדים בפרט;
• טֶמפֶּרָטוּרָה - שינוי ביעילות עם עלייה בטמפרטורה ביחידת גודל מסוימת (בדרך כלל - מעלה אחת);
• איכות - חיי שירות, קצב פירוק תאים, נוכחות ברשימות הדירוג של בלומברג;
• פוּנקצִיוֹנָלִי - הצורך וקלות הטיפול, קלות ההתקנה/פירוק.

פאנלים סולאריים תעשייתיים, לא משנה מאילו חומרים הם עשויים, חייבים לקבל אישור. דרישות המינימום הן תעודות איכות ISO, CE, TUV (בינלאומי) ו/או איגוד המכס (כאשר נמכר בתוכו).

חוקי תיוג בינלאומיים הם גם חובה. לדוגמה, קיצור CHN-350M-72 מכיל את המידע הבא:

• CHN - מזהה היצרן (במקרה זה, ChinaLand הסינית);
• 350 - הספק פאנל בוואטים;
• M - ייעוד של סיליקון חד גביש;
• 72 הוא מספר התאים הפוטו-וולטאיים במודול.

מה אתה יכול לעשות פאנלים סולאריים עם הידיים שלך בבית

זה דורש את הדברים הבאים:

סכימה וחישובים מצוירים מראש.
מספר מסוים של תאים סולאריים טרומיים - הם הכי זולים לקנייה באינטרנט, למשל, באתר Aliexpress או בחנויות מקוונות אחרות

שימו לב לעובדה שלכל האלמנטים יש את אותם מאפיינים חשמליים. מסגרת תוצרת בית עשויה עץ ודיקט - ניתן לראות את הכללים להרכבתה בסרטונים רבים ברשת

פרספקס או פרספקס לציפוי מגן משטח.
צבע ודבק עמיד בחום לעיבוד משטחי עץ.
פסי מגע וחוטים לחיבור תאים. גם באינטרנט ניתן ללמוד דיאגרמות של שיטות חיבור שונות.
מלחם והלחמה. עבודת הלחמה צריכה להתבצע בזהירות רבה כדי לא לקלקל את המוצר העתידי.
דבק סיליקון וברגים עם הקשה עצמית לקיבוע הסוללה הטרומית במסגרת.

סוללה קטנה תדרוש השקעה של כ-30-50 דולר, בעוד שגרסת מפעל באותה קיבולת תעלה רק 10-20% יותר.

כמובן שעיצוב ביתי כזה לא יחזיק מעמד 25 שנה, לא יהיה בעל כוח של תחנת כוח סולארית מן המניין, ולא יוכל להתפאר ביעילות משמעותית. עם זאת, העלות שלו תהיה מינימלית ככל האפשר.

מכשיר סוללה סולארית

על מנת שהסוללה הסולארית תוכל להמיר את אור השמש לזרם, יש צורך במרכיבים הבאים:

1. שכבה פוטו-וולטאית הממלאת תפקיד של מוליך למחצה. הוא מיוצג על ידי שתי שכבות של חומרים בעלי מוליכות שונה. כאן, אלקטרונים מסוגלים לנוע מאזור p (+) לאזור n (-). זה נקרא צומת p-n;
2. אלמנט ממוקם בין שתי שכבות של מוליכים למחצה, המהווה בעצם מחסום למעבר של אלקטרונים;
3. מקור כוח. יש צורך להתחבר לאלמנט המונע העברת אלקטרונים. הוא הופך את התנועה של אלקטרונים טעונים, כלומר. יוצר זרם חשמלי.סוללת מצבר. צובר ואוגר אנרגיה;
4. בקר טעינה. תפקידו העיקרי הוא לחבר ולנתק את הסוללה הסולארית בהתאם לרמת הטעינה. מכשירים מתוחכמים יותר מסוגלים לשלוט ברמת הכוח המרבית;
5. ממיר DC ל-AC (מהפך);
6. מייצב מתח. מספק הגנה למערכת הסוללות הסולארית מפני נחשולי מתח.