Zasada działania ogniw słonecznych

Zasada działania ogniw słonecznych

Zasada działania baterii słonecznej i jej urządzenia

Stosunkowo niedawno idea niezależnego dostarczania prywatnych domów była uważana za fantastyczną. Dziś jest to obiektywna rzeczywistość. W Europie panele słoneczne były używane przez długi czas, ponieważ jest to niewyczerpane źródło taniej energii. U nas odbiór energii elektrycznej z takich urządzeń zdobywa popularność. Proces ten nie przebiega zbyt szybko, a powodem tego jest wysoki koszt.

Zasada działania baterii słonecznej opiera się na fakcie, że w dwóch waflach krzemowych powleczonych różnymi substancjami (bor i fosfor) prąd elektryczny powstaje pod wpływem światła słonecznego. Na płytce pokrytej fosforem pojawiają się wolne elektrony. Brakujące cząstki powstają w tych płytkach, które są pokryte borem. Elektrony zaczynają się poruszać pod wpływem światła słonecznego. Tak więc w bateriach słonecznych powstaje prąd elektryczny. Cienkie rdzenie miedziane, z których każda bateria jest zakryta, są usuwane z niej prądem i kierowane do miejsca przeznaczenia.

Z pojedynczą płytką możesz zasilić małą żarówkę. Wniosek sugeruje sam. Aby zapewnić, że panele słoneczne zapewniają domowi energię elektryczną o wystarczającej mocy, konieczne jest, aby ich powierzchnia była dość duża.

Zasada działania baterii słonecznej jest zrozumiała. Prąd generowany jest przez działanie światła ultrafioletowego na specjalnych płytkach. Jeśli krzem jest używany jako materiał do tworzenia takich płyt, baterie nazywane są krzemem (lub krzemowym).

Takie płyty wymagają bardzo złożonych systemów produkcyjnych. To z kolei znacznie wpływa na koszt produktów.

Krzemowe baterie słoneczne są różnego rodzaju.

Przetworniki jednokrystaliczne

Są panele ze ściętymi narożnikami. Ich kolor jest zawsze czysty czarny.

Jeśli mówimy o przetwornikach jedno-kryształowych, to zasada działania ogniw słonecznych może być krótko opisana jako średnia efektywna. Wszystkie komórki światłoczułych elementów takiej baterii są skierowane w jednym kierunku. Pozwala to uzyskać najwyższy wynik spośród takich systemów. Wydajność akumulatorów tego typu osiąga 25%.

Minusem jest to, że takie panele powinny zawsze być zwrócone w stronę słońca.

Jeśli słońce skryje się za chmurami, spadnie na horyzonty lub jeszcze się nie wzniosło, baterie wytworzą prąd o dość słabej mocy.

Płytki tych mechanizmów są zawsze kwadratowe, ciemnoniebieskie. W skład ich powierzchni wchodzą niejednolite kryształy krzemu.

Wydajność baterii polikrystalicznych nie jest tak wysoka, jak w przypadku modeli monokrystalicznych. Może osiągnąć 18%. Jednak defekt ten jest kompensowany zaletami, które zostaną omówione poniżej.

Zasada działania tego rodzaju baterii słonecznej umożliwia wytwarzanie ich nie tylko z czystego krzemu, ale również z materiałów wtórnych. To tłumaczy niektóre wady występujące w sprzęcie. Charakterystyczną cechą mechanizmów tego typu jest to, że mogą wydajnie wytwarzać prąd elektryczny nawet w pochmurną pogodę. Taka przydatna jakość sprawia, że ​​są one niezbędne w miejscach, w których rozproszone światło słoneczne jest powszechnym zjawiskiem codziennym.

Płyty amorficzne są tańsze od innych, co determinuje zasadę baterii słonecznej i jej urządzenia. Każdy panel składa się z kilku cienkich warstw krzemu. Są one wytwarzane przez natryskiwanie cząstek materiału w próżni na folię, szkło lub plastik.

Wydajność paneli jest znacznie mniejsza niż w przypadku poprzednich modeli. Osiąga 6%. Warstwy krzemu szybko wypalają się na słońcu. W ciągu sześciu miesięcy od użycia tych akumulatorów ich wydajność spadnie o 15%, a czasami o całe 20.

Dwa lata pracy całkowicie wyczerpią zasoby substancji czynnych, a panel będzie musiał zostać zmieniony.

Ale są dwie zalety, z powodu których baterie wciąż się kupują. Po pierwsze, działają nawet przy pochmurnej pogodzie. Po drugie, jak już wspomniano, nie są tak drogie, jak inne opcje.

Transoptory typu hybrydowego

Amorficzny krzem jest podstawą lokalizacji mikrokryształów. Zasada działania baterii słonecznej czyni ją podobną do panelu polikrystalicznego. Różnica między bateriami tego typu polega na tym, że są w stanie wytworzyć prąd elektryczny o większej mocy w warunkach rozproszonego światła słonecznego, na przykład w pochmurny dzień lub o świcie.

Ponadto baterie działają pod wpływem nie tylko światła słonecznego, ale także widma w podczerwieni.

Przetworniki energii z folii polimerowej

Ta alternatywa dla płyt krzemowych ma wszelkie szanse na zajęcie wiodącej pozycji na rynku ogniw słonecznych. Przypominają film składający się z kilku warstw. Wśród nich można wyróżnić sieć aluminiowych przewodników, polimerową warstwę substancji czynnej, organiczny substrat i folię ochronną.

Takie fotokomórki połączone ze sobą tworzą bateryjną baterię słoneczną typu rolkowego. Panele są lżejsze i bardziej kompaktowe niż te silikonowe. Kiedy są wytwarzane, kosztowny krzem nie jest używany, a sam proces produkcji nie jest tak drogi. To sprawia, że ​​deska do gry jest tańsza niż wszystkie inne.

Zasada działania baterii słonecznej sprawia, że ​​ich sprawność nie jest zbyt wysoka.

Proces wytwarzania paneli tego typu jest zredukowany do wielowarstwowego drukowania na folii fotokomórkowej. Produkcja odbywa się w Danii.

Kolejną zaletą jest możliwość cięcia akumulatora typu roll-up i dostosowania go do dowolnego rozmiaru i kształtu.

Minus tylko jeden. Baterie właśnie zaczęły produkować, więc nadal nie jest łatwo je zdobyć. Istnieje jednak powód, by sądzić, że elementy te szybko zyskają zasłużoną dobrą opinię wśród konsumentów, co da producentom możliwość wprowadzenia produkcji na większą skalę.

Ogrzewanie za pomocą domów z energią słoneczną

Zasada działania baterii słonecznej do ogrzewania domu zasadniczo odróżnia je od wszystkich urządzeń opisanych powyżej. To zupełnie inne urządzenie. Opis następuje poniżej.

Główną częścią systemu ogrzewania działającego na energię słoneczną jest kolektor, który odbiera swoje światło i zamienia je w energię kinetyczną. Powierzchnia tego elementu może wynosić od 30 do 70 metrów kwadratowych.

Do zamocowania kolektora stosowana jest specjalna technika. Między płytami są połączone metalowe styki.

Kolejnym elementem systemu jest kocioł magazynowy. Przekształca energię kinetyczną w energię cieplną. Uczestniczy w ogrzewaniu wody, której pojemność może osiągnąć 300 litrów. Czasami takie systemy są obsługiwane przez dodatkowe kotły na suchym paliwie.

Uzupełnij system ogrzewania słonecznego, elementy ścienne i podłogowe, w których gorąca miedź przepływa przez cienkie miedziane rury rozmieszczone w całym ich obszarze. Ze względu na niską temperaturę rozruchu paneli i równomierność wymiany ciepła pomieszczenie szybko się nagrzewa.

Jak działa ogrzewanie słoneczne?

Przyjrzyjmy się bliżej zasadzie działania ogniw słonecznych ze światła ultrafioletowego.

Istnieje różnica między temperaturą kolektora a elementem magazynującym. Nośnik ciepła, którym jest najczęściej woda, w której dodano środek przeciw zamarzaniu, zaczyna krążyć wokół układu. Praca wykonywana przez płyn jest właśnie energią kinetyczną.

Gdy ciecz przechodzi przez warstwy układu, energia kinetyczna jest przekształcana w ciepło, które jest wykorzystywane do ogrzewania domu. Ten proces obiegu przewoźnika zapewnia ciepło i pozwala zaoszczędzić go o każdej porze dnia i roku.

Tak więc odkryliśmy zasadę ogniw słonecznych.

Zasada działania baterii słonecznej

Alternatywne źródła energii stają się coraz bardziej istotne z dnia na dzień. Powodem tego jest zgodność ekologiczna, odnawialność, taniość. Energia słoneczna jest jednym z najbardziej dochodowych źródeł energii. Przez następne kilka miliardów lat będzie nadal oświetlać naszą planetę, oddając ogromną ilość energii, w przeciwieństwie do gazu i ropy. Dziś nauczyliśmy się korzystać z tego źródła za pomocą systemu paneli słonecznych, ale niewielu ludzi to rozumie zasada działania baterii słonecznej. Zrozummy to.

Na początek musisz to zrozumieć słoneczny system zasilania domu Nie tylko te czarne lub niebieskawe panele są instalowane na dachach domów. Te detektory światła są tylko jednym z czterech elementów wspólnego systemu, który obejmuje:

  1. Bateria słoneczna - krzemowa komórka, która wytwarza energię elektryczną, gdy uderza w słońce. Co widzimy na dachach.
  2. Kontroler - to mózg zasilania energią słoneczną. Kontroluje procent naładowania baterii, nie pozwalając im na doładowanie; reguluje prąd ładowania w zależności od temperatury pokojowej; odcina prąd wsteczny, z nieaktywnymi bateriami słonecznymi w nocy; chroni sieć przed możliwymi przeciążeniami lub skokami napięcia.
  3. Akumulatory - Elementy pochłaniające światło w sposób ciągły wytwarzają energię elektryczną, niezależnie od tego, czy używamy jej w ciągu dnia, czy też nie. Aby zapewnić, że wytworzona energia nie znika na próżno, system zawiera baterie, które oszczędzają energię do użycia w nocy lub w pochmurne dni, kiedy praktycznie nie ma słońca.
  4. Konwerter (falownik) - panele słoneczne generują stały prąd, a domowe urządzenia elektryczne działają ze zmienną. Konwerter służy do konwersji prądu stałego na zmienny.

Zasada działania baterii słonecznej

Bateria słoneczna lub moduł słoneczny są kluczowym elementem alternatywnego systemu zasilania energią słoneczną. To on zamienia światło słoneczne w użyteczną energię elektryczną. Podstawą baterii jest pojedynczy kryształ sztucznego krzemu, po obu stronach którego nakładana jest warstwa boru i fosforu.

Prąd elektryczny powstaje tam, gdzie występuje różnica potencjałów lub "+" i "-". W tym celu służy również dodatkowe ubezpieczenie. Nazywa się:

  • typ n lub powlekanie nadmiarem elektronów (fosforu);
  • typ p lub powłoka z brakiem elektronów, tak zwane "dziury" (bor);

Gdy fotony uderzają w światło słoneczne na powłoce typ n, Wolne elektrony zaczynają się przemieszczać do strefy typ p wytwarzanie energii elektrycznej lub tzw. Złącze pn. Fundamentalne znaczenie ma strona, do której spada promień słońca.

Struktura baterii słonecznej

  1. światło słoneczne;
  2. górny przewodnik;
  3. warstwa typu n (fosfor);
  4. obszar styku p-n;
  5. warstwa typu p (bor);
  6. niższy przewodnik;

Obie strony baterii słonecznej są pokryte warstwami ochronnymi, zapobiegającymi uszkodzeniom mechanicznym. Górna (słoneczna) strona jest dodatkowo pokryta antyrefleksyjną powłoką absorbującą światło, która zwiększa poziom absorpcji światła.

Oddzielne bloki lub moduły odbiorcze światła są połączone między sobą w panelu, zwiększając całkowitą moc systemu.

Do tej pory koszt paneli - jeden z najbardziej negatywnych czynników decydujących o zakupie paneli. Okres zwrotu w strefach o długim, lekkim dniu wynosi 5-10 lat, ale często o wiele więcej. Chińczykom udało się znacznie zmniejszyć koszty fotokomórek, zastępując krzemowe monokryształy polikryształami, ale to również wpłynęło na niską wydajność baterii. Średnia wydajność praca paneli słonecznych waha się od 13 do 17%. Najwyższa uzyskana wydajność wyniosła 24%.

Wreszcie film o zasadzie baterii słonecznej z komentarzem specjalistów:

Zasada ogniw słonecznych.

Prawie 100% całej energii, której używamy w życiu codziennym, to energia słońca, przekształcona w jakiś sposób. Węgiel to martwe rośliny, które przeżyły fotosyntezę, oleje - rośliny i zwierzęta, które wymarły miliony lat temu i rosły kosztem energii słonecznej. Nawet kiedy palisz drewno - dajesz energię słoneczną, którą drewno wchłania w siebie. W rzeczywistości każda elektrownia cieplna przekształca nagromadzony węgiel, olej, gaz i inne kopalne źródła energii słonecznej w energię elektryczną.

Bateria słoneczna po prostu robi to bezpośrednio, bez udziału "pośredników". Energia elektryczna jest najwygodniejszą formą energii słonecznej. Całe życie ludzkości jest teraz zbudowane wokół elektryczności, a cywilizacja bez niego jest bardzo trudna do wyobrażenia. Pomimo faktu, że pierwsze fotokomórki pojawiły się ponad pół wieku temu, energia słoneczna nie znalazła jeszcze właściwego rozkładu. Dlaczego? O tym na końcu artykułu, ale na razie dowiemy się, jak to działa.

Ogniwa słoneczne składają się z komórek o mniejszych rozmiarach - fotokomórek, które są wykonane z krzemu.

Panel słoneczny składa się z kilku fotokomórek.

To ważne. Krzem - najczęstszy półprzewodnik na Ziemi (około 30% całej skorupy ziemskiej)

Krzem znajduje się pomiędzy dwiema przewodzącymi warstwami.

"Sandwich" z warstw krzemowych i przewodzących

Każdy atom krzemu jest połączony z sąsiednimi czterema silnymi wiązaniami, które utrzymują elektrony na miejscu, tak że prąd nie może płynąć.

Struktura atomów krzemu

Aby uzyskać prąd, stosuje się dwie różne warstwy krzemu:

  • Krzem typu N ma nadmiar elektronów
  • Krzem typu P - dodatkowa przestrzeń dla elektronów (otwory)

Rodzaj krzemu P i N.

W przypadku dwóch rodzajów połączeń krzemowych elektrony mogą przemieszczać się przez połączenie P-N, pozostawiając ładunek dodatni po jednej stronie i ujemny po drugiej.

Aby ułatwić sobie wyobrażenie, lepiej jest myśleć o świetle jako strumieniu cząsteczek (fotonów), które uderzają w naszą komórkę tak mocno, że wybije elektron z jego połączenia, pozostawiając dziurę. Negatywnie naładowany elektron i lokalizacja dodatnio naładowanego otworu może teraz swobodnie się poruszać; mamy pole elektryczne na złączu P-N, poruszają się tylko w jednym kierunku. Elektron - w kierunku przewodu N, otwór dąży do strony P płyty.

Po "wyzwoleniu" elektron dąży do przewodnika

Wszystkie elektrony są zbierane przez metalowe przewodniki w górnej części celi i trafiają do zewnętrznej sieci, zasilając pantografy, akumulatory do ogniw słonecznych lub elektryczne krzesło dla chomika :). Po zakończeniu pracy elektrony powracają na tył talerza i zajmują miejsca w tych samych "dziurach".

Standardowa płytka, 150 x 150 mm, nominalnie wytwarza tylko 0,5 wolta, ale jeśli połączy się je w jeden duży panel, można uzyskać większą moc i napięcie. Aby naładować telefon komórkowy, musisz połączyć 12 takich płyt. Aby wyżywić dom, trzeba wydać o wiele więcej płyt i paneli.

Ze względu na fakt, że w fotokomórkach jedyną ruchomą częścią są elektrony, panele słoneczne nie wymagają konserwacji i mogą służyć przez 20-25 lat bez zużycia lub zerwania.

Dlaczego dana osoba całkowicie nie przełączyła się na energię słoneczną?

Możesz dużo rozmawiać o polityce, biznesie i innych spiskach, ale w ramach tego artykułu chciałbym porozmawiać o innych problemach.

  1. Nierówny rozkład energii słonecznej na powierzchni planety. Niektóre obszary są bardziej słoneczne niż inne i jest to również niestabilne. Energia słoneczna jest znacznie mniejsza w pochmurne dni i nie ma żadnej nocy. Aby w pełni polegać na energii słonecznej, potrzebne są skuteczne metody pozyskiwania energii elektrycznej dla wszystkich obszarów.
  2. Wydajność. W laboratorium udało się uzyskać wynik 46%. Ale systemy komercyjne nie osiągają nawet 25% wydajności.
  3. Przechowywanie. Najsłabszym ogniwem w energii słonecznej jest brak wydajnego i taniego sposobu oszczędzania energii elektrycznej. Istniejące akumulatory są ciężkie i znacznie zmniejszają wydajność słabych układów solarnych. Zasadniczo, przechowywanie 10 ton węgla jest łatwiejsze i wygodniejsze niż 46 megawatów, wytwarzane przez ten sam węgiel lub słońce.
  4. Infrastruktura. Aby wyżywić megamiasta - obszary dachów tych miast nie wystarczą, aby zaspokoić wszystkie żądania, dlatego do wprowadzenia energii słonecznej niezbędny jest transport energii, a do tego konieczne jest budowanie nowych obiektów energetycznych

Wideo na temat produkcji paneli słonecznych.

Wideo opisuje szczegółowo proces produkcji polikrystalicznych ogniw słonecznych, zasadę ich pracy w systemie elektrowni słonecznej, zasadę kontrolera ładowania i falownika.

Komentarze:

Z artykułu nie wynika jasno, dlaczego wydajność ogrzewania panela słonecznego spada. Czy możesz wyjaśnić? Redukcja czasem sięga 20-30%

Basil, to dlatego, że gdy ogrzewanie jest bardziej prawdopodobne, niekontrolowane (tj. Nie przez przewody) przejście PN, tk. Wiązanie między dwiema warstwami krzemu jest znacznie zwiększone przez ekspansję tych warstw. Stąd zmniejszenie wydajności

I jaka jest zasadnicza różnica między polikrystalicznymi i pojedynczymi kryształami?

Gerg, nie ma różnicy w pracy. Jest różnica tylko na etapie produkcji. Ale działają one zgodnie z tą samą zasadą przejścia PN swobodnych elektronów wewnątrz elementu

Pozostaw komentarz Anuluj odpowiedź

Generator fuelless to sposób na zarabianie pieniędzy na analfabetyzmie

Plusy i minusy pionowych generatorów wiatrowych, ich rodzaje i cechy

Wiatrak na prywatny dom to zabawka lub prawdziwa alternatywa

Power Bank z baterią słoneczną - obliczenia dla analfabetyzmu

Jak wybrać panel słoneczny - przegląd ważnych parametrów

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

41 − 34 =