Dnes už každý počul koncept alternatívnej energie. Nikomu nie je žiadnym tajomstvom, že zásoby ropy, plynu a iných druhov palív na Zemi nie sú neobmedzené, a preto vedci a inžinieri naďalej hľadajú príležitosti na efektívne využívanie obnoviteľných zdrojov na získanie elektriny tak potrebnej pre všetkých. V posledných rokoch prestali byť solárne články exotické, používajú sa iba v kozmických lodiach, bežne sa používajú na napájanie budov, automobilov, autonómne napájanie malých domácich spotrebičov a elektroniky. Keďže Slnko je obrovským zdrojom energie, ku ktorému má prístup každý, je užitočné vedieť, ako prevádzať svetlo na elektrickú energiu alebo ako funguje solárna batéria..
Obsah článku
- Princíp činnosti solárnej batérie
- Premena slnečnej energie
Princíp činnosti solárnej batérie
Toto zariadenie, tiež nazývané solárny panel, sa skladá zo sady fotoelektrických meničov pripojených určitým spôsobom, ktoré zahŕňajú dve vrstvy polovodičov s rôznymi typmi vodivosti - p a n. Ako látka s takýmito vlastnosťami sa najčastejšie používa kremík s určitými nečistotami. Keď sa k nemu pridá fosfor, vznikne vo výslednej štruktúre nadbytok elektrónov (záporné náboje) a vytvorí sa polovodič typu n, a keď sa zmieša bór, je to p-typ, ktorý sa vyznačuje nedostatkom elektrónov alebo prítomnosťou dier. Ak umiestnite tieto vrstvy medzi dve elektródy, ako je to znázornené na obrázku, a poskytnete prístup k hornému svetlu, získate fotoelektrický konvertor.
Ak je prvok osvetlený, absorbuje časť dopadajúcej energie, v dôsledku čoho dochádza k ďalšej generácii otvorov a elektrónov. Elektrickým poľom existujúcim v križovatke p-n sa prvý pohybuje do oblasti p a druhý do oblasti n. Zároveň sa kladné náboje akumulujú na spodnej elektróde a záporné náboje na hornej elektróde, to znamená, že vzniká potenciálny rozdiel - konštantné napätie U. Fotoelektrický menič teda pracuje ako zdroj elektromotorickej sily (EMF) - malá batéria. Ak je k nej pripojené záťaž, objaví sa v obvode prúd I, ktorého hodnota bude závisieť od typu fotobunky, jej veľkosti, intenzity slnečného žiarenia a odporu pripojených spotrebičov. EMF batérie klesá so zvyšujúcou sa teplotou o približne 0,4% / ° C. Preto pre efektívnu a dlhodobú prevádzku musí byť panel chladený pomocou ventilátorov alebo vodných systémov..
Najdôležitejším parametrom zdroja slnečnej energie je výkon P = UI. Prúd a napätie, ktoré sú výsledkom činnosti jedinej fotobunky, sú, samozrejme, malé, a preto sa v batérii určitým spôsobom kombinujú, aby sa zvýšili tieto ukazovatele. Ak sú prevodníky zapojené do série, celkové výstupné napätie bude úmerné ich počtu. Paralelné zapojenie jednotlivých prvkov vedie k zvýšeniu prúdu. Tým, že určitým spôsobom kombinujú obidva typy spojení, ako je to znázornené na obrázku, získajú požadované výstupné parametre batérie, a tým aj jej výkon..
reklama
Pri osvetlení batérie nie je všetka energia slnečného žiarenia premieňaná na elektrinu - jej časť sa odráža a tiež sa vynakladá na vykurovacie telesá. Väčšina fotovoltaických panelov vyrobených v priemysle má účinnosť 9-24%. Je tiež dôležité vedieť, ako solárna batéria funguje v podmienkach, keď sú niektoré prvky stmavené. V tomto prípade sa prevodníky, ktoré nie sú vystavené slnečnému žiareniu, premenia na spotrebiteľov energie a zahrievajú sa. Preto sú skupiny fotobuniek posunuté nízkoimpedančnými diódami, ktoré bránia priechodu prúdu cez tmavšie komponenty batérie. Panel bude fungovať s menšou spotrebou energie..
na obsah ↑Premena slnečnej energie
Fotovoltaické články produkujú konštantné napätie, ale mnoho typov zariadení je napájaných striedavým prúdom, čo vyžaduje prítomnosť vhodných prevodníkov. Okrem toho solárne panely vyrábajú elektrinu počas dňa a k jej spotrebe dochádza nepretržite, preto sú potrebné ďalšie komponenty, ktoré budú ukladať a distribuovať energiu. Zoberme si príklad energetického systému budovy využívajúceho solárne zdroje - malú solárnu elektráreň, ktorej štruktúra je na obrázku..
Tento obvod môže fungovať v budovách, kde je elektrická sieť, a solárna batéria sa používa na šetrenie spotreby energie a tiež ako záložný zdroj, keď je hlavný vypnutý. Všeobecný princíp činnosti systému je nasledujúci: konštantné napätie generované fotoelektrickými meničmi sa dodáva do meniča, ktorý ho prevádza na striedavý prúd, a do batérií, ktoré pri nabíjaní pod kontrolou špeciálneho kontroléra akumulujú energiu.
V tomto prípade sú zariadenia v dome rozdelené na nadbytočné - zariadenia, pre ktoré výpadok energie môže viesť k nežiaducim následkom (chladnička, systémy video sledovania, alarmy) a nepotrebné - všetky ostatné. Keď je sieť odpojená, striedač napája redundantné zariadenia zo solárnej batérie a ak z nej nie je dostatok energie, potom z batérií. Keď je sieť pripojená, elektrina vyrobená ústredňou sa primárne dodáva na nabíjanie. A keď to už nie je potrebné, menič prevádza konštantné napätie na striedavé napätie, z ktorého je záťaž napájaná. To šetrí spotrebu z hlavného zdroja.
Solárne batérie sa môžu používať bez vyššie uvedeného doplnkového zariadenia na napájanie alebo nabíjanie prenosných elektronických zariadení pracujúcich na konštantnom napätí, napríklad kalkulačky, prehrávače, baterky, mobilné zariadenia.
Okrem elektriny môže byť teplo získavané priamo z energie svetla. Na tento účel sa používajú solárne kolektory. Vzhľadom na to, že v súčasnosti existuje tendencia znižovať náklady na fotovoltaické konvertory a zvyšovať ich účinnosť, je solárna energia všeobecne sľubnou oblasťou, ktorá umožňuje tichý a ekologický spôsob prijímania bezplatnej elektrickej energie, ako aj teplo na vykurovanie a teplú vodu..
