Днес всички са чували концепцията за алтернативна енергия. За никого не е тайна, че запасите от нефт, газ и други видове гориво на Земята не са неограничени, следователно учените и инженерите продължават да търсят възможности за ефективно използване на възобновяеми ресурси за получаване на електричество, така необходимо за всички. През последните години слънчевите клетки престават да бъдат екзотични, използват се само в космически кораби, те се използват широко за захранване на сгради, автомобили, автономно захранване на малки домакински уреди и електроника. Тъй като Слънцето е огромен източник на енергия, до който всеки може да има достъп, е полезно да знаете как да преобразувате светлината в електричество или как работи слънчевата батерия..
Съдържание на статията
- Принципът на работа на слънчевата батерия
- Преобразуване на слънчевата енергия
Принципът на работа на слънчевата батерия
Това устройство, наричано още слънчев панел, се състои от набор от фотоелектрически преобразуватели, свързани по определен начин, които включват два слоя полупроводници с различни видове проводимост - p и n. Като вещество с такива свойства най-често се използва силиций с определени примеси. Когато към него се добави фосфор, в получената структура възниква излишък от електрони (отрицателни заряди) и се образува полупроводник от n-тип, а когато борът се смеси, той е p-тип, характеризиращ се с липса на електрони или наличие на дупки. Ако поставите тези слоеве между двата електрода, както е показано на снимката, и осигурите достъп до горната светлина, получавате фотоелектрически преобразувател.
Когато един елемент е осветен, той поглъща част от падащата енергия, в резултат на което се получава допълнително генериране на дупки и електрони. По електрическото поле, съществуващо в p-n кръстовището, първото се придвижва към p-областта, а второто към n-областта. В същото време положителните заряди се натрупват на долния електрод, а отрицателните заряди на горния електрод, тоест възниква потенциална разлика - постоянно напрежение U. По този начин фотоелектрическият преобразувател работи като източник на електромоторна сила (EMF) - малка батерия. Ако към него е свързан товар, във веригата ще се появи ток I, чиято стойност ще зависи от вида на фотоклетката, нейния размер, интензивността на слънчевата радиация и съпротивлението на свързаните консуматори. EMF на батерията намалява с повишаване на температурата с около 0,4% / ° C. Следователно, за ефективна и дългосрочна работа, панелът трябва да се охлажда с помощта на вентилатори или водни системи..
Най-важният параметър на източника на слънчева енергия е мощност P = UI. Естествено, токът и напрежението в резултат на работата на една фотоклетка са малки, следователно в батерията те се комбинират по определен начин за увеличаване на тези показатели. Ако преобразувателите са свързани последователно, общото изходно напрежение ще бъде пропорционално на техния брой. Паралелното свързване на отделни елементи води до увеличаване на тока. Комбинирайки по определен начин и двата типа връзки, както е показано на снимката, те получават необходимите изходни параметри на батерията и следователно нейната мощност.
реклама
При осветяване на батерия не цялата енергия на слънчевата радиация се преобразува в електричество - част от нея се отразява, а също така се изразходва за нагревателни елементи. Повечето фотоволтаични панели, произведени от индустрията, имат ефективност от 9-24%. Важно е също така да знаете как работи слънчевата батерия в условия, при които някои от елементите са потъмнели. В този случай преобразувателите, които не са изложени на слънчева светлина, ще се превърнат в консуматори на енергия и ще се нагреят. Следователно групите фотоклетки се отклоняват от диоди с нисък импеданс, които предотвратяват преминаването на ток през потъмнелите компоненти на батерията. Панелът ще функционира с по-малко мощност..
към съдържание ↑Преобразуване на слънчевата енергия
Фотоволтаичните клетки произвеждат постоянно напрежение, но много видове оборудване се захранват от променлив ток, което изисква наличието на подходящи преобразуватели. Освен това слънчевите панели произвеждат електричество през деня и потреблението му става денонощно, следователно са необходими допълнителни компоненти, които ще съхраняват и разпределят енергия. Разгледайте пример за система за захранване на сградата, използваща слънчеви източници - малка соларна централа, структурата на която е показана на снимката.
Тази верига може да функционира в сгради, където има електрическа мрежа, а слънчевата батерия се използва за пестене на енергия от нея, а също и като резервен източник, когато основната е изключена. Общият принцип на системата е следният: постоянното напрежение, произведено от фотоелектрическите преобразуватели, се подава към инвертора, който го преобразува в променлив ток, и към батериите, които при зареждане под контрола на специален контролер акумулират енергия.
В този случай уредите в къщата са разделени на излишни - такива, за които прекъсването на електрозахранването може да доведе до нежелани последици (хладилник, системи за видеонаблюдение, аларми) и ненужно - всички останали. Когато мрежата е изключена, инверторът захранва излишните устройства от слънчевата батерия, а ако няма достатъчно енергия от нея, след това от батериите. Когато мрежата е свързана, електричеството, генерирано от панела, се доставя предимно за зареждането им. И когато това вече не е необходимо, инверторът преобразува постоянното напрежение в променливо напрежение, от което се подава натоварването. Това спестява потреблението от основния източник.
Слънчевите батерии могат да се използват без горното допълнително оборудване за захранване или зареждане на преносимо електронно оборудване, работещо на постоянно напрежение, например калкулатори, плейъри, фенерчета, мобилни устройства.
В допълнение към електричеството, топлината може да бъде получена директно от енергията на светлината. За това се използват слънчеви колектори. Като се има предвид, че днес има тенденция за намаляване на разходите за фотоволтаични преобразуватели и повишаване на тяхната ефективност, като цяло слънчевата енергия е обещаваща област, която позволява безшумен и екологичен начин за получаване на безплатно електричество, както и топлина за отопление и топла вода.
