Aurinkoakun toimintaperiaate: miten aurinkopaneeli on järjestetty ja toimii

vesikello

Tämän pyörivän laitteen ohjausmenetelmän keksi yritteliäs kanadalainen opiskelija, ja se vastaa vain yhden akselin, vaakasuuntaisen, kääntämisestä.

Toimintaperiaate on myös yksinkertainen ja se on seuraava:

1. Aurinkoakku asennetaan alkuperäiseen asentoonsa, kun auringonsäteet osuvat valokennoon kohtisuoraan.
2. Tämän jälkeen yhdelle sivulle kiinnitetään vesisäiliö ja toiselle puolelle jotain, joka on samanpainoinen kuin vesisäiliö. Säiliön pohjassa tulee olla pieni reikä.
3. Sen läpi vesi virtaa vähitellen ulos säiliöstä, minkä seurauksena paino laskee ja paneeli kallistuu hitaasti kohti vastapainoa. Säiliön reiän mitat on määritettävä kokeellisesti.

Tämä menetelmä on yksinkertaisin.Lisäksi se säästää aineellisia resursseja, jotka kuluisivat moottorin hankintaan, kuten kellokoneistossa. Lisäksi voit asentaa pyörivän mekanismin vesikellon muodossa itse ilman erityisiä tietoja.

Aurinkopaneelien edut

Aurinkoenergia on lupaava ala, joka kehittyy jatkuvasti. Niillä on useita tärkeimpiä etuja. Helppokäyttöisyys, pitkä käyttöikä, turvallisuus ja edullisuus.

Tämän tyyppisen akun käytön positiiviset puolet:

• Uusiutuva - tällä energialähteellä ei käytännössä ole rajoituksia, lisäksi se on ilmainen. Ainakin seuraavat 6,5 miljardia vuotta. Laitteet on valittava, asennettava ja käytettävä aiottuun tarkoitukseen (omakotitalossa tai mökin tontilla).
• Runsaus - Maan pinta saa keskimäärin noin 120 000 terawattia energiaa, mikä on 20 kertaa nykyinen energiankulutus. Mökkien tai omakotitalojen aurinkopaneeleilla on valtava käyttöpotentiaali.
• Vakio - aurinkoenergia on jatkuvaa, joten ihmiskuntaa ei uhkaa ylikulutus sen käytön aikana.
• Saatavuus - aurinkoenergiaa voidaan tuottaa millä tahansa alueella, kunhan on luonnonvaloa. Useimmiten sitä käytetään kuitenkin kodin lämmitykseen.
• Ekologinen puhtaus - aurinkoenergia on lupaava toimiala, joka korvaa tulevaisuudessa uusiutumattomilla luonnonvaroilla: kaasulla, turpeella, hiilellä ja öljyllä toimivat voimalaitokset. Turvallinen ihmisten ja lemmikkien terveydelle.

• Paneeleiden valmistuksen ja aurinkovoimaloiden asennuksen aikana ei esiinny merkittäviä haitallisten tai myrkyllisten aineiden päästöjä ilmakehään.
• Hiljainen – Sähköntuotanto on lähes äänetöntä, joten tämäntyyppinen voimalaitos on parempi kuin tuulivoimalat. Heidän työhönsä liittyy jatkuvaa huminaa, jonka vuoksi laitteet hajoavat nopeasti ja työntekijöiden on pidettävä säännöllisiä lepotaukoja.
• Kustannustehokas - Käytettäessä aurinkopaneeleja kiinteistönomistajat kokevat merkittävän alennuksen sähkön sähkölaskuissa. Paneeleilla on pitkä käyttöikä - valmistaja antaa paneeleille 20-25 vuoden takuun. Samalla koko voimalaitoksen huolto rajoittuu säännölliseen (5-6 kuukauden välein) paneelipintojen puhdistukseen lialta ja pölyltä.

Aurinkoakun toimintaperiaate

Varausvirran seurauksena p- ja n-kerroksen rajalle muodostuu n-kerrokseen kompensoimattoman positiivisen varauksen vyöhyke ja p-kerrokseen negatiivinen varaus, ts. kaikille tuttu fysiikan koulukurssilta p-n-risteys. Siirtymässä esiintyvä potentiaaliero, kontaktipotentiaaliero (potentiaalieste) estää elektronien kulkua p-kerroksesta, mutta ohittaa vapaasti pienet kantajat vastakkaiseen suuntaan, mikä mahdollistaa foto-EMF:n saamisen auringonvalon osuessa. aurinkokenno.

Altistuessaan auringonvalolle absorboidut fotonit alkavat muodostaa epätasapainoisia elektroni-reikä-pareja. Lähellä siirtymää syntyvät elektronit siirtyvät p-kerroksesta n-alueelle.

Samoin ylimääräiset reiät ja kerros n pääsevät p-kerrokseen (kuva a). Osoittautuu, että positiivinen varaus kerääntyy p-kerrokseen ja negatiivinen varaus kerääntyy n-kerrokseen, mikä aiheuttaa jännitteen ulkoiseen piiriin (kuva b). Virtalähteellä on kaksi napaa: positiivinen - p-kerros ja negatiivinen - n-kerros.

Tämä on aurinkokennojen toiminnan perusperiaate. Elektronit näyttävät siis juoksevan ympyrässä, ts. poistu p-kerroksesta ja palaa n-kerrokseen kuorman (akun) läpi.

Valosähköisen ulosvirtauksen yksiliitoselementissä tarjoavat vain ne elektronit, joiden energia on korkeampi kuin tietyn kaistavälin leveys. Ne, joilla on vähemmän energiaa, eivät osallistu tähän prosessiin. Tämä rajoitus voidaan poistaa monikerroksisilla rakenteilla, jotka koostuvat useammasta kuin yhdestä SC:stä, joissa bandgap eri. Niitä kutsutaan kaskadiksi, moniliitoksiksi tai tandemiksi. Niiden valosähköinen muunnos on korkeampi, koska tällaiset aurinkokennot toimivat laajemmalla aurinkospektrillä. Niissä valokennot sijaitsevat kaistavälin pienentyessä. Auringon säteet osuvat ensin valokennoon, jolla on levein vyöhyke, kun taas tapahtuu suurimman energian omaavien fotonien absorptio.

Sitten ylemmän kerroksen ohi kulkeneet fotonit putoavat seuraavan elementin päälle ja niin edelleen. Kaskadielementtien alalla tutkimuksen pääsuunta on galliumarsenidin käyttö yhtenä tai useana komponenttina. Tällaisten elementtien muunnostehokkuus on 35 %. Elementit on kytketty akkuun, koska tekniset ominaisuudet eivät salli erillisen, suuren osan (siis tehon) valmistamista.

Aurinkokennot voivat toimia pitkään.Ne ovat osoittautuneet vakaaksi ja luotettavaksi energialähteeksi, koska niitä on testattu avaruudessa, jossa suurin vaara niille on meteorinen pöly ja säteily, jotka johtavat piielementtien eroosioon. Mutta koska maapallolla näillä tekijöillä ei ole niin negatiivista vaikutusta niihin, voidaan olettaa, että elementtien käyttöikä on vielä pidempi.

Aurinkopaneelit ovat jo ihmisten palveluksessa virtalähteenä eri laitteille matkapuhelimista sähköajoneuvoihin.

Ja tämä on jo toinen ihmisen yritys hillitä rajatonta aurinkoenergiaa ja pakottaa se toimimaan oman parhaakseen. Ensimmäinen yritys oli luoda aurinkokeräimet, joissa sähköä tuotettiin lämmittämällä vesi kiehumispisteeseen keskittyneiden auringonsäteiden avulla.

Aurinkoakkujen etuna on, että ne tuottavat suoraan sähköä, menettäen paljon vähemmän energiaa kuin aurinkokeräimet, joissa sen hankintaprosessi liittyy auringonsäteiden keskittymiseen, veden lämmittämiseen ja höyryturbiinia pyörittävän höyryn tuottamiseen. , ja vasta sen jälkeen tuottaa sähköä generaattorilla. Aurinkopaneelien pääparametrit - ensinnäkin teho

Silloin on tärkeää, kuinka paljon heillä on energiaa

Tämä parametri riippuu akkujen kapasiteetista ja niiden lukumäärästä. Kolmas parametri on huippuvirrankulutus, joka tarkoittaa laitteiden samanaikaisten mahdollisten kytkentöjen määrää. Toinen tärkeä parametri on nimellisjännite, joka määrää lisälaitteiden valinnan: invertteri, aurinkopaneeli, säädin, akku.

Hyödyt ja haitat

Aurinkopaneeleilla, kuten muillakin laitteilla, on omat etunsa ja haittansa. Näiden järjestelmien kiistattomiin etuihin kuuluvat seuraavat:

• Autonomisen toiminnan mahdollisuus mahdollistaa esineiden, elektronisten laitteiden ja valaistuksen virransyötön järjestämisen etänä huomattavan etäisyyden päässä kiinteistä sähköverkoista.
• Huomattavat kustannussäästöt käytön aikana. Sähköksi muuttuva auringonvalo ei maksa mitään eikä vaadi lisäkustannuksia. Sinun on maksettava vain inverttereistä ja akuista, jotka vaativat säännöllistä vaihtoa. Ja jopa tässä tapauksessa aurinkopaneelit maksavat itsensä takaisin noin 10 vuodessa keskimääräisellä 25-30 vuoden takuulla. Jos noudatat kaikkia toimintasääntöjä, paristot voivat kestää jopa kauemmin.
• Verrattuna perinteisiin polttoainetta kuluttaviin ja ympäristöä saastuttaviin voimalaitoksiin aurinkopaneelien käyttöjärjestelmä on ympäristöystävällinen ja meluton.

Näillä laitteilla on kuitenkin myös vakavia haittoja, jotka tulee ottaa huomioon etukäteen alustavissa laskelmissa:

• Ei vain paneelien, vaan myös lisäkomponenttien - invertterien, ohjaimien, akkujen - korkea hinta.
• Takaisinmaksu kestää liian kauan. Rahaa vedetään pois liikkeestä pitkään.
• Aurinkosähköjärjestelmät vaativat paljon tilaa. Melko usein näihin tarkoituksiin on tarpeen käyttää paitsi koko kattoa, myös rakennuksen seiniä, mikä rikkoo vakavasti suunnitteluratkaisuja. Lisätilaa tarvitaan suurikapasiteettisille akuille, jotka voivat joissain tapauksissa viedä koko huoneen.
• Sähköntuotantoprosessi tapahtuu epätasaisesti vuorokaudenajasta riippuen. Tätä haittaa kompensoivat ladattavat akut, jotka keräävät sähköä päivällä ja antavat sen kuluttajille yöllä.

Transistorit valoelementtien perustana

Transistorit sopivat tarkoitukseemme, koska niiden sisällä on melko suuri piipuolijohdeelementti, jota käytetään sähkön tuotantoon. On parasta valita transistorit, kuten KT tai P.

Aloitamme työt. Ensinnäkin leikkasimme metallikannen pois tarvittavasta määrästä radiokomponentteja. Tämä on helpompi tehdä, jos kiinnität transistorin ruuvipuristimeen ja leikkaat sen varovasti rautasahalla. Sisällä näet lautasen. Tämä on tulevaisuuden laitteemme pääosa. Se toimii meille valokennona.

Osassa on kolme kosketinta: kanta, emitteri ja kollektori. Valitse kokoamisen aikana kollektoriliitos suurimman potentiaalieron vuoksi.

Tee-se-itse-kokoonpano on parasta tehdä tasaiselle pinnalle mistä tahansa dielektrisestä materiaalista.

Ne transistorit, joita aiot käyttää aurinkopaneeleja luotaessa, tulee tarkistaa ennen työtä. Näihin tarkoituksiin otamme yksinkertaisen yleismittarin. Laite on kytkettävä nykyiseen mittaustilaan, kytkettävä se päälle kannan ja transistorin kollektorin tai emitterin välillä. Poistamme ilmaisimen - yleensä laite näyttää pientä virtaa - milliampeerin murto-osia, harvemmin hieman yli 1 mA.Seuraavaksi kytkemme laitteen jännitteenmittaustilaan (raja 1-3 V) ja saamme lähtöjännitteen arvon (se on noin muutama kymmenesosa volttia). On toivottavaa ryhmitellä transistorit, joiden lähtöjännitteet ovat lähellä.

Asennus

Aurinkopaneelit on asennettu erityiseen rakenteeseen, jonka liitäntä määrittää valokennojen kyvyn kestää epäsuotuisia sääolosuhteita, kuten voimakasta tuulta, sadetta tai lunta, ja myötävaikuttaa myös oikean kaltevuuskulman muodostumiseen.

Tämä malli on myynnissä seuraavina versioina:

• kalteva - tällaiset järjestelmät ovat optimaalisia asennettavaksi kaltevalle katolle;
• vaakasuora - tämä malli on kiinnitetty tasaisiin kattoihin;
• vapaasti seisova - tämän tyyppiset akut voidaan asentaa erityyppisille ja -kokoisille katoille.

Varsinainen akkujen asennusprosessi suoritetaan seuraavan kaavion mukaisesti:

paneelin rungon kiinnittämiseen tarvitaan metallineliöt kooltaan 50x50 mm ja lisäksi tarvitaan 25x25 mm neliöitä, joita käytetään välipalkkeina

Näiden osien läsnäolo mahdollistaa tukirakenteen vaaditun lujuuden ja luotettavan vakauden saavuttamisen ja antaa myös vaaditun kaltevuuden;
sinun on koottava runko, tätä varten tarvitset pultit, joiden koko on 6 ja 8 m;
rakenne on kiinnitetty katon alle 12 mm:n nastoilla;
Valmistettuihin neliöihin muodostetaan pieniä reikiä, paneelit kiinnitetään niihin, ja ruuveja tulee käyttää vahvemman tarttuvuuden takaamiseksi;
asennustöiden aikana on kiinnitettävä erityistä huomiota runkoon - siinä ei saa olla vääristymiä.Muuten järjestelmässä voi esiintyä ylijännitettä, mikä johtaa lasin halkeamiseen.

Aurinkolämmön ja valonlähteiden asennus loggialle tai parvekkeelle tapahtuu samanlaisen järjestelmän mukaisesti. Ainoa poikkeus on, että runko on asennettu kaltevalle tasolle. Se asennetaan rakennuksen päälaakeriseinän ja rakennuksen päädyn väliin, aina aurinkoiselle puolelle. Kaikenlaisten aurinkopaneelien itsekokoonpano ja asennus ei vaadi kokemusta rakennustöistä, mutta joitain asennustaitoja tarvitaan silti. Halutessasi voit tehdä asennuksen turvallisesti itse, mutta ennen sitä olisi mukava lukea erikoiskirjallisuutta palesin asennuksen ominaisuuksista ja tutkia Internetistä saatavilla olevia mestarikursseja ja tietysti varastoida tarvittavat työkalut.

Omin käsin työskentelyn edut ovat ilmeisiä - tämä säästää paljon rahaa asiantuntijoiden palveluissa sekä valtavaa kokemusta, jota voidaan tarvita tulevaisuudessa. Samaan aikaan, jos henkilökohtaiset kyvyt eivät riitä, et voi vain menettää aikaa, vaan myös aiheuttaa paneelien rikkoutumisen tai niiden alhaisen tehokkuuden.

Erikoisuudet

Nykyään aurinkosähköpolykiteisiin perustuvat akut ovat yleisimmin käytettyjä. Tällaisille malleille on ominaista kustannusten ja vapautuneen energian optimaalinen yhdistelmä, niille on ominaista rikas sininen väri ja pääelementtien kiderakenne. Ne on erittäin helppo asentaa, koska jopa mestari, jolla ei ole paljon työkokemusta, selviää niiden asennuksesta omakotitalossaan ja kesämökissään. Yksikiteiset aurinkosähköpaneelit ovat toiseksi suosituin.

Amorfisesta piistä valmistetuille aurinkokennoille on ominaista melko alhainen hyötysuhde. Niiden hinnat ovat kuitenkin jonkin verran alhaisemmat kuin analogien kustannukset, joten malli on kysytty maalaistalojen omistajien keskuudessa. Tällä hetkellä tällaisten tuotteiden osuus markkinoista on 85 prosenttia. Ne eivät voi ylpeillä suuritehoisilla ja kadmiumtelluridimuunnoksilla, niiden tuotanto perustuu huipputekniseen kalvotekniikkaan: useita satoja mikrometrejä ainetta levitetään ohuena kerroksena kestävälle pinnalle. On huomionarvoista, että tuotteen erittäin alhaisella tehokkuustasolla sen teho on melko korkea.

Toinen vaihtoehto aurinkoenergialla toimiville akuille ovat CIGS-puolijohdepohjaiset lajikkeet. Kuten edellinen versio, ne on valmistettu kalvotekniikalla, mutta niiden tehokkuus on paljon korkeampi. Erikseen kannattaa keskittyä aurinkolämmön ja valonlähteiden toimintamekanismiin. Tärkeintä on ymmärtää selvästi, että tuotetun energian kokonaismäärä ei voi millään tavalla riippua itse laitteen tehokkuusasteesta, koska yleensä kaikentyyppiset tällaiset laitteet tarjoavat suunnilleen saman tehon. Suurin ero on se, että paneelit, joiden teho on mahdollisimman suuri, vaativat vähemmän tilaa asennukseen.

Aurinkopaneeleilla on seuraavat edut:

• asennuksen ympäristöystävällisyys;
• pitkä käyttöaika, jonka aikana paneelien käyttöominaisuudet pysyvät jatkuvasti korkealla;
• tekniikat hajoavat harvoin, joten ne eivät tarvitse huoltoa ja huoltoa sekä kalliita korjauksia;
• aurinkoenergiaan perustuvien paristojen käyttö mahdollistaa talon sähkön ja kaasun kustannusten vähentämisen;
• aurinkopaneelit ovat poikkeuksellisen helppokäyttöisiä.

Se ei kuitenkaan ollut vailla haittoja, merkittävimpiä ovat seuraavat:

• korkean vaiheen paneelit;
• tarve asentaa erilaisia ​​lisälaitteita akusta ja perinteisistä lähteistä saadun energian synkronoimiseksi tehokkaasti;
• paneeleja ei voi käyttää kosketuksissa tällaisten suuria tehoja vaativien laitteiden kanssa.

9. Kvanttipisteillä varustettujen aurinkokennojen ominaisuudet

Lähitulevaisuuden viimeinen lupaava akkutyyppi on rakennettu fyysisten kvanttipisteiden ominaisuuksiin - puolijohteiden mikroskooppisiin sulkeutumiin tietyssä materiaalissa. Geometrisesti nämä "pisteet" ovat muutaman nanometrin kokoisia ja jakautuvat materiaaliin siten, että ne kattavat säteilyn absorption koko auringon spektristä - IR, näkyvä valo ja UV.

Tällaisten paneelien valtava etu on kyky työskennellä jopa yöllä, mikä tuottaa noin 40% enimmäispäivätehosta.

Fyysiset ja tekniset ominaisuudet, sertifiointi ja merkinnät

Riippumatta siitä, mistä aurinkopaneelit on valmistettu, jokaisella niistä on useita seuraavia tärkeitä ominaisuuksia:

• mekaaninen – geometriset parametrit, kokonaispaino, rungon tyyppi, suojalasi, kennojen lukumäärä, liittimien tyyppi ja leveys;
• sähkö tai volttiampeeri - teho, avoimen piirin jännite, virran voimakkuus maksimikuormituksella, koko paneelin ja erityisesti yksittäisten kennojen hyötysuhde;
• lämpötila - tehokkuuden muutos lämpötilan noustessa tietyllä suuruusyksiköllä (yleensä - 1 aste);
• laatu – käyttöikä, solujen hajoamisnopeus, läsnäolo Bloombergin luokitusluetteloissa;
• toimiva - huollon tarve ja helppous, asennuksen/purkamisen helppous.

Teollisuuden aurinkopaneelien on oltava sertifioituja riippumatta siitä, mistä materiaaleista ne on valmistettu. Vähimmäisvaatimukset ovat laatusertifikaatit ISO, CE, TUV (kansainvälinen) ja/tai tulliliitto (kun myydään sen sisällä).

Myös kansainväliset merkintäsäännöt ovat pakollisia. Esimerkiksi, lyhenne CHN-350M-72 sisältää seuraavat tiedot:

• CHN - valmistajan tunniste (tässä tapauksessa kiinalainen ChinaLand);
• 350 – paneelin teho watteina;
• M – yksikiteisen piin nimitys;
• 72 on aurinkokennojen lukumäärä moduulissa.

Mitä voit tehdä aurinkopaneeleita omin käsin kotona

Tämä edellyttää seuraavaa:

Valmiiksi piirretty kaavio ja laskelmat.
Tietty määrä esivalmistettuja aurinkokennoja - ne ovat edullisimpia ostaa verkosta, esimerkiksi Aliexpress-verkkosivustolta tai muista verkkokaupoista

Kiinnitä huomiota siihen, että kaikilla elementeillä on samat sähköiset ominaisuudet. Kotitekoinen puusta ja vanerista valmistettu runko - sen kokoonpanosäännöt ovat nähtävissä useissa verkossa olevissa videoissa

Pleksilasi tai pleksilasi pintasuojapinnoitteeksi.
Maali ja lämmönkestävä liima puupintojen käsittelyyn.
Kosketinnauhat ja johdot kennojen liittämiseen. Erilaisten yhteystapojen kaavioita voi tutkia myös Internetissä.
Juotosrauta ja juotos. Juotostyöt tulee suorittaa erittäin huolellisesti, jotta tuleva tuote ei pilaa.
Silikoniliima ja itsekierteittävät ruuvit esivalmistetun akun kiinnittämiseen runkoon.

Pieni akku vaatii noin 30-50 dollarin investointia, kun taas saman kapasiteetin tehdasversio maksaa vain 10-20 % enemmän.

Tällainen kotitekoinen suunnittelu ei tietenkään kestä 25 vuotta, sillä ei ole täysimittaisen aurinkovoimalan tehoa eikä se voi ylpeillä merkittävällä tehokkuudella. Sen hinta on kuitenkin mahdollisimman pieni.

Aurinkoakku laite

Jotta aurinkoparisto pystyy muuttamaan auringon valon virraksi, tarvitaan seuraavat elementit:

1. Aurinkosähkökerros, joka toimii puolijohteena. Sitä edustaa kaksi eri johtavuuden omaavaa materiaalikerrosta. Tässä elektronit voivat siirtyä p (+) -alueelta n (-) -alueelle. Tätä kutsutaan p-n-liitokseksi;
2. Kahden puolijohdekerroksen väliin sijoitetaan elementti, joka on olennaisesti este elektronien siirtymiselle;
3. Voiman lähde. On tarpeen yhdistää elementtiin, joka estää elektronien siirtymisen. Se muuttaa varautuneiden elektronien liikettä, ts. luo sähkövirran. Akun paristo. Kerää ja varastoi energiaa;
4. latausohjain. Sen päätehtävä on kytkeä ja irrottaa aurinkoakku lataustason perusteella. Kehittyneemmät laitteet pystyvät hallitsemaan maksimitehotasoa;
5. DC-AC-muunnin (invertteri);
6. Jännitteen stabilisaattori.Suojaa aurinkoakkujärjestelmää virtapiikeiltä.