Danes so vsi slišali koncept alternativne energije. Za nikogar ni skrivnost, da rezerve nafte, plina in drugih vrst goriva na Zemlji niso neomejene, zato znanstveniki in inženirji še naprej iščejo priložnosti za učinkovito uporabo obnovljivih virov, s katerimi bodo pridobili elektriko, tako potrebno za vse. V zadnjih letih so sončne celice prenehale biti eksotične, uporabljajo jih le v vesoljskih plovilih, široko se uporabljajo za napajanje stavb, avtomobilov, avtonomno napajanje z majhnimi gospodinjskimi aparati in elektroniko. Ker je Sonce velik vir energije, do katerega lahko dostopa vsakdo, je koristno vedeti, kako pretvoriti svetlobo v električno energijo ali kako deluje sončna baterija..
Vsebina članka
- Načelo delovanja sončne baterije
- Pretvarjanje sončne energije
Načelo delovanja sončne baterije
Ta naprava, imenovana tudi sončna plošča, je sestavljena iz niza fotoelektričnih pretvornikov, povezanih na določen način, ki vključujeta dve plasti polprevodnikov z različnimi vrstami prevodnosti - p in n. Kot snov s takšnimi lastnostmi se najpogosteje uporablja silicij z določenimi nečistočami. Ko se vanj doda fosfor, v nastali strukturi nastane presežek elektronov (negativni naboji) in nastane polprevodnik n-tipa, pri mešanju bora pa je p-tipa, za katerega je značilno pomanjkanje elektronov ali prisotnost lukenj. Če te plasti postavite med obe elektrodi, kot je prikazano na sliki, in zagotovite dostop do zgornje svetlobe, dobite fotoelektrični pretvornik.
Ko je element osvetljen, absorbira del vpadajoče energije, zaradi česar nastane dodatna tvorba lukenj in elektronov. Z električnim poljem, ki obstaja v p-n stičišču, se prvi premikajo v p-regijo, drugi pa v n-območje. Hkrati se na spodnji elektrodi nabirajo pozitivni naboji in negativni naboji na zgornji elektrodi, to je, da nastane potencialna razlika - konstantna napetost U. Tako fotoelektrični pretvornik deluje kot vir elektromotorne sile (EMF) - majhna baterija. Če je na to priključeno breme, se v tokokrogu pojavi tok I, katerega vrednost je odvisna od vrste fotocelice, njene velikosti, intenzivnosti sončnega sevanja in odpornosti priključenih porabnikov. EMF baterije se z naraščajočo temperaturo zmanjšuje za približno 0,4% / ° C. Zato je treba za učinkovito in dolgoročno delovanje plošč ohladiti s pomočjo ventilatorjev ali vodnih sistemov..
Najpomembnejši parameter sončnega vira energije je moč P = UI. Seveda sta tok in napetost, ki sta posledica delovanja posamezne fotocelice, majhna, zato se v akumulatorju na določen način kombinirajo, da povečajo te kazalnike. Če so pretvorniki priključeni zaporedno, bo skupna izhodna napetost sorazmerna z njihovim številom. Vzporedna povezava posameznih elementov vodi do povečanja toka. Če na določen način združite obe vrsti povezav, kot sta prikazani na sliki, dobite zahtevane izhodne parametre akumulatorja in s tem njegovo moč.
Oglaševanje
Pri osvetlitvi akumulatorja se vsa energija sončnega sevanja ne pretvori v električno energijo - del se odraža, porabi pa se tudi za grelne elemente. Večina fotonapetostnih plošč, ki jih proizvaja industrija, ima učinkovitost 9-24%. Pomembno je tudi vedeti, kako deluje sončna baterija v razmerah, ko so nekateri elementi zatemnjeni. V tem primeru se pretvorniki, ki niso izpostavljeni sončni svetlobi, spremenijo v porabnike energije in segrejejo. Zato se skupine fotocelic odbijajo z diodami z nizko impedanco, ki preprečujejo prehod toka skozi zatemnjene sestavne dele akumulatorja. Plošča bo delovala z manj moči..
do vsebine ↑Pretvarjanje sončne energije
Fotovoltaične celice proizvajajo konstantno napetost, vendar veliko vrst opreme poganja izmenični tok, kar zahteva prisotnost ustreznih pretvornikov. Poleg tega sončne plošče čez dan proizvajajo električno energijo, njegova poraba pa se dogaja vsak dan, zato so potrebne dodatne komponente, ki bodo shranjevale in distribuirale energijo. Oglejte si primer sistema napajanja stavbe z uporabo sončnih virov - majhne sončne elektrarne, katere struktura je prikazana na sliki.
To vezje lahko deluje v stavbah, kjer je električno omrežje, sončna baterija pa se uporablja za varčevanje z porabo energije in tudi kot rezervni vir, ko je glavni izključen. Splošno načelo sistema je naslednje: konstantna napetost, ki jo ustvarjajo fotoelektrični pretvorniki, se napaja v pretvornik, ki ga pretvori v izmenični tok, in v baterije, ki ob polnjenju pod nadzorom posebnega regulatorja nabirajo energijo.
V tem primeru so aparati v hiši razdeljeni na odvečne - tiste, pri katerih izpad električne energije lahko privede do nezaželenih posledic (hladilnik, videonadzorni sistemi, alarmi), in odvečne - vse ostalo. Ko je omrežje odklopljeno, pretvornik napaja odvečne naprave iz sončne baterije, in če iz njega ni dovolj energije, potem iz baterij. Ko je omrežje priključeno, se električna energija, ki jo ustvari plošča, primarno dobavi za njihovo polnjenje. In ko to ni več potrebno, pretvornik konstantno napetost pretvori v izmenično napetost, iz katere se napaja obremenitev. To prihrani porabo iz glavnega vira.
Sončne baterije se lahko uporabljajo brez zgornje dodatne opreme za napajanje ali polnjenje prenosne elektronske opreme, ki deluje na konstantno napetost, na primer kalkulatorji, predvajalniki, bliskavice, mobilne naprave.
Poleg električne energije lahko toploto neposredno dobimo tudi iz energije svetlobe. Za to se uporabljajo sončni kolektorji. Glede na to, da danes obstaja težnja po zmanjšanju stroškov fotonapetostnih pretvornikov in povečanju njihove učinkovitosti, je na splošno sončna energija obetavno območje, ki omogoča tihi in okolju prijazen način prejemanja brezplačne električne energije, pa tudi toplote za ogrevanje in toplo vodo.
