O princípio de operação da bateria solar: como o painel solar é organizado e funciona

relógio de água

Este método de controle do dispositivo rotativo foi inventado por um estudante canadense empreendedor e é responsável por girar apenas um eixo, o horizontal.

O princípio de funcionamento também é simples e é o seguinte:

1. A bateria solar é instalada em sua posição original quando os raios do sol atingem a fotocélula perpendicularmente.
2. Depois disso, um recipiente com água é fixado em um dos lados, e algum objeto com o mesmo peso do recipiente com água é fixado no outro lado. O fundo do recipiente deve ter um pequeno orifício.
3. Através dele, a água fluirá gradualmente para fora do tanque, devido ao qual o peso diminuirá e o painel se inclinará lentamente em direção ao contrapeso. Será necessário determinar experimentalmente as dimensões do furo para o recipiente.

Este método é o mais simples.Além disso, economiza recursos materiais que seriam gastos na compra de um motor, como é o caso de um relógio. Além disso, você mesmo pode instalar o mecanismo rotativo na forma de um relógio de água, sem ter nenhum conhecimento especial.

Os benefícios dos painéis solares

A energia solar é uma área promissora que está em constante desenvolvimento. Eles têm várias vantagens principais. Facilidade de uso, longa vida útil, segurança e acessibilidade.

Os aspectos positivos do uso deste tipo de bateria:

• Renovável - esta fonte de energia praticamente não tem restrições, além disso, é gratuita. Pelo menos nos próximos 6,5 bilhões de anos. É necessário selecionar o equipamento, instalá-lo e usá-lo para a finalidade a que se destina (em uma casa particular ou em uma casa de campo).
• Abundância - A superfície da Terra recebe em média cerca de 120.000 terawatts de energia, que é 20 vezes o consumo atual de energia. Os painéis solares para chalés ou casas particulares têm um enorme potencial de uso.
• Constância - a energia solar é constante, para que a humanidade não seja ameaçada com gastos excessivos no processo de seu uso.
• Disponibilidade - a energia solar pode ser gerada em qualquer área, desde que haja luz natural. No entanto, na maioria das vezes é usado para aquecimento doméstico.
• Limpeza ecológica - a energia solar é uma indústria promissora que substituirá as usinas de energia que operam com recursos não renováveis: gás, turfa, carvão e petróleo no futuro. Seguro para a saúde de pessoas e animais de estimação.

• Durante a produção de painéis e instalação de usinas solares, não ocorrem emissões significativas de substâncias nocivas ou tóxicas para a atmosfera.
• Silencioso – A geração de eletricidade é quase silenciosa e, portanto, esse tipo de usina é melhor que os parques eólicos. Seu trabalho é acompanhado por um zumbido constante, por causa do qual o equipamento falha rapidamente, e os funcionários devem fazer pausas frequentes para descansar.
• Econômico – ao usar painéis solares, os proprietários experimentam uma redução significativa nas contas de energia elétrica. Os painéis têm uma longa vida útil - o fabricante dá uma garantia nos painéis de 20 a 25 anos. Ao mesmo tempo, a manutenção de toda a usina é reduzida à limpeza periódica (a cada 5-6 meses) das superfícies do painel contra sujeira e poeira.

O princípio de funcionamento da bateria solar

Como resultado do fluxo de carga no limite das camadas p e n, uma zona de carga positiva não compensada é formada na camada n e uma carga negativa é formada na camada p, ou seja, conhecido por todos do curso escolar de física p-n-junção. A diferença de potencial que ocorre na transição, a diferença de potencial de contato (barreira de potencial) impede a passagem de elétrons da camada p, mas passa livremente transportadores menores na direção oposta, o que possibilita a obtenção de foto-EMF quando a luz solar incide a célula solar.

Quando expostos à luz solar, os fótons absorvidos começam a gerar pares de elétron-buraco fora do equilíbrio. Os elétrons gerados perto da transição passam da camada p para a região n.

Da mesma forma, o excesso de furos e a camada n entram na camada p (figura a). Acontece que uma carga positiva se acumula na camada p e uma carga negativa se acumula na camada n, causando uma tensão no circuito externo (Figura b). A fonte de corrente tem dois pólos: positivo - camada p e negativo - camada n.

Este é o princípio básico de como as células solares funcionam. Os elétrons, portanto, parecem estar correndo em um círculo, ou seja, sair da camada p e retornar à camada n, passando pela carga (acumulador).

O fluxo fotoelétrico em um elemento de junção única é fornecido apenas pelos elétrons que têm uma energia maior que a largura de um determinado intervalo de banda. Aqueles que têm menos energia não participam desse processo. Essa restrição pode ser removida por estruturas multicamadas que consistem em mais de um SC, nas quais bandgap diferente. Eles são chamados de cascata, multijunção ou tandem. Sua conversão fotoelétrica é maior devido ao fato de que tais células solares operam com um espectro solar mais amplo. Neles, as fotocélulas estão localizadas à medida que o band gap diminui. Os raios do sol incidem primeiro na fotocélula com a zona mais larga, enquanto ocorre a absorção dos fótons com a maior energia.

Então, os fótons que passam pela camada superior caem no próximo elemento e assim por diante. No campo dos elementos em cascata, a principal direção de pesquisa é o uso do arseneto de gálio como um componente ou vários. Tais elementos têm uma eficiência de conversão de 35%. Os elementos são conectados em uma bateria, uma vez que as capacidades técnicas não permitem fabricar um elemento separado de grande porte (portanto, potência).

As células solares podem funcionar por um longo tempo.Eles provaram ser uma fonte de energia estável e confiável, tendo sido testados no espaço, onde o principal perigo para eles é a poeira meteórica e a radiação, que levam à erosão dos elementos de silício. Mas, como, na Terra, esses fatores não têm um efeito tão negativo sobre eles, pode-se supor que a vida útil dos elementos será ainda maior.

Os painéis solares já estão ao serviço do homem, sendo fonte de energia para diversos dispositivos, desde telemóveis a veículos elétricos.

E esta já é a segunda tentativa do homem de frear a energia solar sem limites, obrigando-a a trabalhar para o seu próprio bem. A primeira tentativa foi criar coletores solares, nos quais a eletricidade era gerada pelo aquecimento da água até o ponto de ebulição com os raios concentrados do sol.

A vantagem das baterias solares é que elas produzem eletricidade diretamente, perdendo muito menos energia do que os coletores solares multiestágios, em que o processo de obtenção está associado à concentração dos raios solares, aquecimento da água, geração de vapor que gira uma turbina a vapor , e somente depois disso gerando eletricidade por um gerador. Os principais parâmetros dos painéis solares - em primeiro lugar, energia

Então é importante quanta energia eles têm

Este parâmetro depende da capacidade das baterias e do seu número. O terceiro parâmetro é o consumo de energia de pico, que significa o número de conexões de dispositivos simultaneamente possíveis. Outro parâmetro importante é a tensão nominal, que determina a escolha de equipamentos adicionais: inversor, painel solar, controlador, bateria.

Vantagens e desvantagens

Os painéis solares, como outros dispositivos, têm suas próprias vantagens e desvantagens. As vantagens indiscutíveis desses sistemas incluem o seguinte:

• A possibilidade de operação autônoma permite organizar o fornecimento de energia de objetos, dispositivos eletrônicos e iluminação, remotamente a uma distância considerável de redes elétricas estacionárias.
• Significativa economia de custos durante a operação. A luz do sol que se transforma em eletricidade não custa nada e não requer custos adicionais. Você tem que pagar apenas por inversores e baterias que exigem substituição periódica. E mesmo neste caso, os painéis solares compensam em cerca de 10 anos com um período médio de garantia de 25 a 30 anos. Se você seguir todas as regras de operação, as baterias podem durar ainda mais.
• Comparado com as usinas convencionais que consomem combustível e poluem o meio ambiente, o esquema de operação do painel solar é ecologicamente correto e sem ruído.

No entanto, esses dispositivos também apresentam sérias desvantagens, que devem ser levadas em consideração antecipadamente nos cálculos preliminares:

• O alto custo não apenas dos painéis, mas também dos componentes adicionais - inversores, controladores, baterias.
• O retorno demora muito. O dinheiro é retirado de circulação por um longo tempo.
• Os sistemas solares com células fotovoltaicas requerem muito espaço. Muitas vezes, para esses fins, é necessário usar não apenas todo o telhado, mas também as paredes do edifício, violando seriamente as soluções de design de design. É necessário espaço adicional para baterias de grande capacidade, que em alguns casos podem ocupar uma sala inteira.
• O processo de geração de energia elétrica ocorre de forma desigual, dependendo da hora do dia. Essa desvantagem é compensada pelas baterias recarregáveis, que acumulam eletricidade durante o dia e a entregam aos consumidores à noite.

Transistores como base de elementos leves

Os transistores são adequados para o nosso propósito, pois dentro deles têm um elemento semicondutor de silício bastante grande, que será usado para produzir eletricidade. É melhor optar por transistores como KT ou P.

Começamos o trabalho. Em primeiro lugar, cortamos a tampa de metal do número necessário de componentes de rádio. Isso é mais fácil de fazer se você prender o transistor em um torno e cortá-lo cuidadosamente com uma serra. Dentro você verá uma placa. Esta é a parte principal do nosso futuro dispositivo. Servirá como uma fotocélula para nós.

A peça terá três contatos: base, emissor e coletor. Durante a montagem, escolha a junção do coletor devido à maior diferença de potencial.

A montagem do tipo "faça você mesmo" é melhor feita em uma superfície plana de qualquer material dielétrico.

Esses transistores que você usará ao criar painéis solares devem ser verificados antes do trabalho. Para esses fins, usamos um multímetro simples. É necessário alternar o dispositivo para o modo de medição de corrente, ligá-lo entre a base e o coletor ou emissor do transistor. Removemos o indicador - geralmente o dispositivo mostra uma pequena corrente - frações de miliamperes, menos frequentemente um pouco mais de 1 mA.Em seguida, mudamos o dispositivo para o modo de medição de tensão (limite de 1-3 V) e obtemos o valor da tensão de saída (será cerca de alguns décimos de volt). É desejável agrupar transistores com valores próximos das tensões de saída.

Montagem

Os painéis solares são montados em uma estrutura especial, cuja conexão determina a capacidade das fotocélulas de resistir a quaisquer condições climáticas adversas, como vento forte, chuva ou neve, e também contribui para a formação do ângulo de inclinação correto.

Este design está disponível para venda nas seguintes versões:

• inclinado - esses sistemas são ideais para instalação em um telhado inclinado;
• horizontal - este design é anexado a telhados planos;
• autônomo - as baterias deste tipo podem ser instaladas em telhados de vários tipos e tamanhos.

O processo real de instalação de baterias é realizado de acordo com o seguinte esquema:

para a fixação da estrutura do painel, são necessários quadrados de metal de 50x50 mm de tamanho e, além disso, são necessários quadrados de 25x25 mm, usados ​​​​para vigas espaçadoras

A presença dessas peças permite obter a resistência necessária e a estabilidade confiável da estrutura de suporte, além de fornecer o grau de inclinação necessário;
você precisa montar o quadro, para isso você precisa de parafusos de 6 e 8 m de tamanho;
a estrutura é fixada sob o telhado com pinos de 12 mm;
pequenos furos são formados nos quadrados preparados, os painéis são fixados neles e os parafusos devem ser usados ​​​​para uma adesão mais forte;
durante o trabalho de instalação, atenção especial deve ser dada ao quadro - não deve haver distorções nele.Caso contrário, pode ocorrer sobretensão do sistema, o que levará à rachadura do vidro.

A instalação de fontes de calor e luz solar na varanda ou na varanda ocorre de acordo com um esquema semelhante. A única exceção é que o quadro é montado em um plano inclinado. É montado entre a parede principal do edifício e o final do edifício, sempre no lado ensolarado. A auto-montagem e instalação de painéis solares de todos os tipos não requer experiência em trabalhos de construção, no entanto, algumas habilidades de instalação ainda serão necessárias. Se desejar, você mesmo pode fazer a instalação com segurança, no entanto, antes disso, seria bom ler literatura especial sobre os recursos de instalação de paletes e estudar as master classes disponíveis na Internet e, é claro, estocar as ferramentas necessárias.

As vantagens de trabalhar com as próprias mãos são óbvias - isso economiza muito dinheiro nos serviços de especialistas, além de uma tremenda experiência, que pode ser necessária no futuro. Ao mesmo tempo, se as habilidades pessoais não forem suficientes, você poderá não apenas perder tempo, mas também causar a quebra dos painéis ou sua baixa eficiência.

Peculiaridades

Hoje, as baterias baseadas em policristais fotovoltaicos são as mais utilizadas. Tais modelos se distinguem por uma combinação ideal de custo e quantidade de energia liberada, são caracterizados por uma rica cor azul e uma estrutura cristalina dos principais elementos. Eles são muito fáceis de instalar, porque mesmo um mestre sem muita experiência de trabalho pode lidar com a instalação em sua casa particular e em sua casa de verão. Os painéis fotovoltaicos monocristalinos são os segundos mais populares.

As células solares, que são feitas de silício amorfo, são caracterizadas por uma eficiência bastante baixa. No entanto, seus preços são um pouco mais baixos que o custo dos análogos, então o modelo está em demanda entre os proprietários de casas de campo. Atualmente, esses produtos representam 85% do mercado. Eles não podem se gabar de modificações de alta potência e telureto de cádmio; sua produção é baseada em uma técnica de filme de alta tecnologia: várias centenas de micrômetros de uma substância são aplicadas em uma camada fina em uma superfície durável. Vale ressaltar que em um nível muito baixo de eficiência do produto, seu poder é bastante alto.

Outra opção para baterias movidas a energia solar são as variedades baseadas em semicondutores CIGS. Assim como a versão anterior, eles são produzidos com tecnologia de filme, porém, sua eficiência é muito maior. Separadamente, vale a pena se debruçar sobre o mecanismo de operação das fontes de calor e luz solar. O principal é perceber claramente que a quantidade total de energia gerada não pode depender de forma alguma do grau de eficiência do próprio dispositivo, pois geralmente todos os tipos de dispositivos fornecem energia aproximadamente idêntica. A principal diferença é que os painéis que possuem a máxima eficiência requerem menos espaço para sua instalação.

Os painéis solares têm as seguintes vantagens:

• respeito ao meio ambiente da instalação;
• longo período de uso, durante o qual as características operacionais dos painéis permanecem consistentemente altas;
• as tecnologias raramente falham, por isso não precisam de serviço e manutenção, bem como reparos caros;
• o uso de baterias baseadas em energia solar permite reduzir o custo de eletricidade e gás na casa;
• painéis solares são excepcionalmente fáceis de usar.

No entanto, também não foi sem inconvenientes, entre os mais significativos são os seguintes:

• painéis de palco alto;
• a necessidade de instalar diversos equipamentos adicionais para sincronizar eficazmente a energia recebida da bateria e aquela obtida de fontes tradicionais;
• os painéis não podem ser usados ​​em contato com aparelhos que exijam altas potências.

9. Características das células solares com pontos quânticos

O último tipo promissor de baterias do futuro próximo é construído sobre as propriedades dos pontos quânticos físicos - inclusões microscópicas de semicondutores em um material específico. Geometricamente, esses "pontos" têm alguns nanômetros de tamanho e estão distribuídos no material de forma a cobrir a absorção da radiação de todo o espectro solar - IR, luz visível e UV.

Uma grande vantagem desses painéis é a capacidade de trabalhar mesmo à noite, gerando cerca de 40% da potência máxima diurna.

Características físicas e técnicas, certificação e rotulagem

Independentemente do que os painéis solares são feitos, cada um deles tem várias das seguintes características importantes:

• mecânico – parâmetros geométricos, peso total, tipo de moldura, vidro de proteção, número de células, tipo e largura dos conectores;
• elétrica ou volt-ampere - potência, tensão de circuito aberto, intensidade da corrente em carga máxima, eficiência do painel como um todo e células individuais em particular;
• temperatura - mudança na eficiência com um aumento na temperatura em uma certa unidade de magnitude (geralmente - 1 grau);
• qualidade – vida útil, taxa de degradação das células, presença nas listas de classificação da Bloomberg;
• funcional - a necessidade e facilidade de atendimento, facilidade de instalação/desmontagem.

Os painéis solares industriais, independentemente dos materiais de que são feitos, devem ser certificados. Os requisitos mínimos são certificados de qualidade ISO, CE, TUV (internacional) e/ou União Aduaneira (quando comercializados dentro dela).

As regras internacionais de rotulagem também são obrigatórias. Por exemplo, abreviatura CHN-350M-72 contém as seguintes informações:

• CHN - identificador do fabricante (neste caso, o chinês ChinaLand);
• 350 – potência do painel em watts;
• M – designação de silício monocristalino;
• 72 é o número de células fotovoltaicas no módulo.

O que você pode fazer painéis solares com suas próprias mãos em casa

Isso requer o seguinte:

Esquema e cálculos pré-desenhados.
Um certo número de células solares pré-fabricadas - são as mais baratas para comprar online, por exemplo, no site Aliexpress ou em outras lojas online

Preste atenção ao fato de que todos os elementos têm as mesmas características elétricas. Estrutura caseira feita de madeira e compensado - as regras para sua montagem podem ser vistas em vários vídeos na rede

Plexiglas ou plexiglass para revestimento protetor de superfície.
Tinta e cola resistente ao calor para o processamento de superfícies de madeira.
Tiras de contato e fios para conectar células. Diagramas de vários métodos de conexão também podem ser estudados na Internet.
Ferro de solda e solda. O trabalho de solda deve ser realizado com muito cuidado para não estragar o produto futuro.
Cola de silicone e parafusos autorroscantes para fixação da bateria pré-fabricada no quadro.

Uma bateria pequena exigirá um investimento de cerca de US$ 30 a 50, enquanto uma versão de fábrica com a mesma capacidade custará apenas 10 a 20% a mais.

Obviamente, esse design caseiro não durará 25 anos, não terá o poder de uma usina de energia solar completa e não poderá se orgulhar de eficiência significativa. No entanto, seu custo será o mínimo possível.

Dispositivo de bateria solar

Para que a bateria solar seja capaz de converter a luz do sol em corrente, são necessários os seguintes elementos:

1. Uma camada fotovoltaica que desempenha o papel de um semicondutor. É representado por duas camadas de materiais de condutividade diferente. Aqui, os elétrons são capazes de se mover da região p (+) para a região n (-). Isso é chamado de junção p-n;
2. Um elemento é colocado entre duas camadas de semicondutores, o que é essencialmente um obstáculo à transição de elétrons;
3. Fonte de poder. É necessário conectar-se a um elemento que impeça a transferência de elétrons. Ele transforma o movimento de elétrons carregados, ou seja, cria uma corrente elétrica. Bateria do acumulador. Acumula e armazena energia;
4. controlador de carga. Sua principal função é conectar e desconectar a bateria solar com base no nível de carga. Dispositivos mais sofisticados são capazes de controlar o nível máximo de potência;
5. Conversor DC para AC (inversor);
6. Estabilizador de voltagem.Fornece proteção para o sistema de bateria solar contra picos de energia.