|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Wykorzystanie ogniw słonecznych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii Witamy w świecie fotowoltaiki, w świecie energii elektrycznej ze słońca. Jeśli czytelnik nie był jeszcze zaznajomiony z fotoelektrycznością, otrzyma prawdziwą przyjemność i zostanie nagrodzony za tę znajomość. Porozmawiamy o wykorzystaniu i zastosowaniu krzemowych ogniw słonecznych. Niezależnie od tego, gdzie urządzenie będzie używane, ogniwa fotowoltaiczne są jego integralną częścią i same w sobie są interesujące. Dlatego ważne jest, aby zrozumieć ich naturę i nauczyć się, jak z nich korzystać. W tym rozdziale nie ma nic trudnego. Porozmawiamy tylko o „trybikach i orzechach”. Podstawowe zasady pracy Zasada działania ogniwa słonecznego jest dość prosta i wygląda następująco. Krzemowe ogniwo słoneczne po oświetleniu generuje napięcie elektryczne 0,5 V. Niezależnie od typu i schematu połączeń, wszystkie krzemowe ogniwa słoneczne (duże i małe) generują napięcie 0,5 V. Inaczej jest w przypadku prądu wyjściowego elementu. Zależy to od natężenia światła i wielkości elementu, który odnosi się do pola powierzchni. Oczywiste jest, że element o wymiarach 10 x 10 cm2 jest 4 razy większy niż element o wymiarach 5 x 5 cm2, a zatem wytwarza 4 razy więcej prądu. Siła prądu zależy również od długości fali światła i jego natężenia i jest wprost proporcjonalna do natężenia promieniowania. Im jaśniejsze światło, tym więcej prądu wytwarza ogniwo słoneczne. Zwiększenie charakterystyki wyjściowej ogniw słonecznych Ogniwa słoneczne byłyby używane bardzo rzadko, gdyby działały w ramach wymienionych parametrów. Tylko w niektórych przypadkach tak niskie napięcie (0,5 V) jest wymagane dla dowolnych wymagań dotyczących ilości pobieranego prądu.
Na szczęście nie ma tu żadnych ograniczeń. Ogniwa słoneczne można łączyć szeregowo i równolegle w celu zwiększenia charakterystyki wyjściowej. Ogniwa słoneczne będziemy traktować jak zwykłe baterie. Wiadomo, że do zwiększenia jasności latarki używa się kilku baterii. Zasadniczo, gdy akumulatory są połączone szeregowo, całkowite napięcie wzrasta (ryc. 1). To samo można zrobić z ogniwami słonecznymi. Łącząc dodatni biegun jednego ogniwa z ujemnym biegunem drugiego, można uzyskać z dwóch ogniw napięcie 1 V. Podobnie trzy ogniwa dadzą 1,5 V, cztery ogniwa 2 V itd. Teoretycznie napięcie wytworzone przez szeregowo połączone ogniwa słoneczne, pod warunkiem, że jest ich wystarczająco dużo, mogą osiągnąć tysiące woltów! Niestety, z punktu widzenia zwiększenia prądu wyjściowego, połączenie szeregowe ma nieodłączną wadę. Gdy akumulatory są połączone szeregowo, prąd wyjściowy nie przekracza poziomu charakterystycznego dla najgorszego elementu w obwodzie. Dotyczy to wszystkich źródeł zasilania, niezależnie od tego, czy są to baterie, zasilacze czy ogniwa słoneczne. Oznacza to, że dla dowolnej liczby 2-amperowych ogniw słonecznych w obwodzie, ogniwo 1-amperowe określi całkowity prąd wyjściowy, czyli 1 A. Dlatego, jeśli chcesz osiągnąć maksymalną wydajność, musisz dopasować prądy wszystkich elementów obwodu. OK, napięcie jest jasne. Ale jak zwiększyć prąd wyjściowy ogniwa słonecznego? W końcu słońce świeci z określoną jasnością. Prąd wyjściowy zależy od pola powierzchni elementu, więc naturalnym sposobem na zwiększenie prądu jest zwiększenie powierzchni elementu (lub elementów). Elementy? Dokładnie!
Jeśli weźmiemy cztery elementy o wymiarach 5x5 cm2 każdy i połączymy je równolegle, jak pokazano na ryc. 2 można uzyskać taki sam efekt jak przy wymianie czterech elementów na jeden o wymiarach 10x10 cm2 (w obu przypadkach pole powierzchni jest takie samo i wynosi 100 cm2). Należy się nauczyć, że przy połączeniu równoległym wzrasta tylko wielkość prądu, a nie napięcie. Niezależnie od ilości połączonych równolegle elementów (4 czy 50) generowane napięcie nie będzie większe niż 0,5 V. Baterie fotowoltaiczne Można się domyślić, o czym będzie mowa. Rzeczywiście, aby skorzystać z obu metod przełączania, możliwe jest łączenie szeregowego i równoległego łączenia elementów. Ta kombinacja nazywa się baterią. Baterie mogą być wykonane w dowolnej kombinacji. Najprostszy akumulator to łańcuch ogniw połączonych szeregowo. Można również łączyć łańcuchy elementów równolegle, poszczególne elementy w łańcuchy lub łączyć je w dowolne inne kombinacje. na ryc. 3 pokazuje tylko trzy przykłady możliwych kombinacji.
Różnice w charakterze połączeń elementów na ryc. 3, mimo że wszystkie mają takie same charakterystyki wyjściowe, podyktowane są różnymi wymaganiami niezawodnościowymi. na ryc. 3, a trzy kolejne łańcuchy elementów są połączone równolegle. Metodę tę stosuje się, gdy istnieje duże prawdopodobieństwo zwarcia poszczególnych elementów. na ryc. 3, b pokazuje schemat równoległego szeregowego połączenia elementów. Przy takim połączeniu awaria jednego z elementów, np. spowodowana pojawieniem się pęknięcia, nie prowadzi do utraty całego łańcucha na skutek zerwania łańcucha. W ostatnim przykładzie (ryc. 3, c) uwzględniono oba przypadki z minimalną liczbą połączeń. Możliwe są inne rodzaje połączeń, a ich wybór powinien być podyktowany specyficznymi warunkami pracy Twojego urządzenia. Należy pamiętać o jednym ważnym warunku. Niezależnie od wyobraźni, równolegle połączone łańcuchy elementów muszą koniecznie pasować do siebie napięciem. Nie można połączyć równolegle łańcucha 15 elementów i krótkiego łańcucha 5 elementów. Przy takim połączeniu bateria nie będzie działać. odwrotne nastawienie Podczas pracy z panelami słonecznymi z reguły spotykają się ze zjawiskiem, które nie występuje przy stosowaniu konwencjonalnych zasilaczy. Zjawisko to jest związane z tzw. odwrotnym obciążeniem. Aby zrozumieć, co to jest, spójrzmy na ryc. 4.
Ten rysunek przedstawia 8 elementów połączonych szeregowo. Całkowite napięcie wyjściowe obwodu wynosi 4 V, a rezystor RL jest podłączony jako obciążenie. Jak na razie dobrze. Ale przyciemnijmy fotokomórkę D nieprzezroczystym przedmiotem, na przykład dłonią, i zobaczmy, co się stanie. Pewnie myślisz, że napięcie spadnie do 3,5V, prawda? Nic takiego! Ogniwo słoneczne, które nie wytwarza energii elektrycznej, jest ogniwem o wysokiej rezystancji wewnętrznej, a nie zwarciem. To samo dzieje się, gdy przełącznik jest otwarty, ale ten przełącznik nie jest całkowicie otwarty - przepływa przez niego mały prąd. W większości przypadków efektywna rezystancja zaciemnionego ogniwa słonecznego jest wielokrotnie większa niż wartość rezystora obciążenia RL. Dlatego w praktyce RL można uznać za kawałek drutu łączący zaciski ujemne i dodatnie. Oznacza to, że teraz funkcję ładowania pełni element D. Co robią pozostałe elementy? Dostarcz energię do tego ładunku! W rezultacie element D nagrzewa się i, jeśli zostanie wystarczająco nagrzany, może ulec uszkodzeniu (wybuchnąć). W rezultacie zostaje nam bateria z szeregowego łańcucha z jednym nieaktywnym elementem - sytuacja nie do pozazdroszczenia.
Skutecznym sposobem rozwiązania tego problemu jest równoległe podłączenie diod bocznikowych do wszystkich elementów, jak pokazano na rys. 5. Diody są połączone tak, że podczas pracy ogniwa słonecznego są spolaryzowane zaporowo przez napięcie samego ogniwa. Dlatego przez diodę nie płynie prąd, a bateria działa normalnie. Załóżmy teraz, że jeden z elementów jest zacieniony. W tym przypadku dioda okazuje się spolaryzowana w kierunku przewodzenia i prąd przepływa przez nią do obciążenia, omijając uszkodzony element. Oczywiście napięcie wyjściowe całego obwodu zmniejszy się o 0,5 V, ale źródło siły samozniszczenia zostanie wyeliminowane. Dodatkową korzyścią jest to, że bateria nadal działa normalnie. Bez diod bocznikujących całkowicie by się nie udało. W praktyce bocznikowanie każdego ogniwa baterii jest niepraktyczne. Należy wziąć pod uwagę względy ekonomiczne i zastosowanie diod bocznikujących w oparciu o rozsądny kompromis między niezawodnością a kosztami. Z reguły jedna dioda służy do ochrony 1/4 baterii. W ten sposób do całej baterii potrzebne są tylko 4 diody. W takim przypadku efekt cieniowania spowoduje 25% (tolerowalne) zmniejszenie mocy wyjściowej. Cięcie elementów na kawałki Nie zawsze elementy szeregowe dokładnie pasują do Twojego planu. Chociaż starają się oferować jak największy wybór, nie ma sposobu na zaspokojenie wszystkich próśb. Na szczęście nie jest to wymagane. Monokrystaliczne ogniwa słoneczne można formować w dowolne kształty.
Powinieneś wiedzieć, że tak jest, ponieważ monokrystaliczne ogniwa słoneczne są wykonane z dużego monokryształu. Atom krzemu ma cztery elektrony walencyjne i tworzy sześcienną sieć krystaliczną. na ryc. 6 przedstawia typowe okrągłe ogniwo słoneczne z wyraźną strukturą ziarnistą. Jeśli do tej struktury silnie związanych elektronów zostanie przyłożona siła, wzdłuż linii defektu pojawi się pęknięcie. Jest to bardzo podobne do pęknięcia, które powstaje w wyniku trzęsienia ziemi. Znana jest struktura kryształu, dzięki czemu można przewidzieć kierunek pęknięcia. Jeśli siła zostanie przyłożona do krawędzi pokazanej na rys. 6 płytki w punkcie A, wówczas siły mechaniczne działające wewnątrz kryształu rozszczepią go na dwie połowy. Teraz zamiast jednego elementu są dwa. Powiedzmy, że konieczne jest podzielenie takiego elementu na cztery identyczne części. Można to osiągnąć, przykładając siłę najpierw wzdłuż pionowej wadliwej linii, a następnie wzdłuż poziomej. Na szczęście można to zrobić jednocześnie. Większość okrągłych elementów monokrystalicznych jest oznaczona krzyżykiem pośrodku. Jeśli naciśniesz w tym miejscu nożem ze skrzyżowanymi końcówkami, element podzieli się na cztery równe części. Nie martw się, jeśli nie trafisz dokładnie w środek. Element podzieli się, ale nie na równe części. Rozmiar fragmentów zostanie określony przez punkt przyłożenia siły, ale wszystkie zostaną podzielone wzdłuż tych samych płaszczyzn. Linie podziału są zawsze równoległe do siebie, a wszystkie przecięcia występują pod kątem prostym. Kierując się tymi zasadami, możesz uzyskać elementy o dowolnym wymaganym rozmiarze. Przy pierwszej próbie rozłupania elementu należy zachować szczególną ostrożność: nie można pracować na twardej powierzchni. Przykładając dużą siłę do elementu leżącego na twardej płaskiej powierzchni, można zrobić w nim jedynie dziurę. Aby wytworzyć naprężenia mechaniczne, konieczne jest wygięcie elementu. Stwierdziłem, że wystarczy kilka kartek papieru (może gazetowego) do podzielenia elementu. W ten sposób można rozszczepić tylko elementy monokrystaliczne. Pojawiające się ostatnio elementy polikrystaliczne (ogniwa wackerskie) nie mogą być dzielone symetrycznie. Jeśli spróbujesz to zrobić, ogniwo słoneczne rozpadnie się na milion kawałków. Element polikrystaliczny łatwo odróżnić od pojedynczego kryształu. W wyniku obróbki monokryształ ma równą, gładką strukturę powierzchni. Polikryształ swoim charakterystycznym wyglądem powierzchni przypomina galwanizowaną stal. Lutowanie ogniw słonecznych Po wybraniu ogniw fotowoltaicznych do pracy konieczne jest ich zlutowanie. Zwykle mamy do dyspozycji szeregowe ogniwa fotowoltaiczne wyposażone w siatki prądotwórcze i styki tylne, które służą do lutowania do nich przewodów. Podczas produkcji styki są najczęściej pokrywane lutem zawierającym niewielką ilość srebra. Srebro chroni grot lutownicy przed zniszczeniem i ewentualnym przywieraniem cienkich metalowych styków podczas lutowania. Pamiętaj, że siatki kolektorów prądu są tak samo delikatne jak metalowe przewodniki na płytkach drukowanych. Producenci ogniw słonecznych zwykle używają specjalnego lutu, topnika i przewodów do połączeń. Lut zawierający 2% srebra zawsze można kupić w sklepie. Zamiast kalafonii należy użyć zwykłego topnika na bazie wody, aby po lutowaniu można go było łatwo zmyć z powierzchni elementu. Najtrudniej jest znaleźć płaski, taśmowy przewodnik, ponieważ jest on rzadko dostępny w sprzedaży. Możesz jednak zrobić coś podobnego, jeśli weźmiesz kawałek drutu miedzianego i spłaszczysz jego koniec młotkiem. Zamiast tego możesz użyć folii miedzianej lub po prostu cienkiego drutu miedzianego. Sam proces lutowania nie jest trudny, ale trzeba go wykonać szybko. Płytka silikonowa jest bardzo dobrym radiatorem, a przy dłuższym dotykaniu elementu lutownicą grot lutownicy wystygnie poniżej temperatury topnienia lutu. Najpierw musisz pocynować drut, używając trochę więcej lutu niż zwykle, ale nie za dużo. Ogniwo słoneczne jest już cynowane podczas produkcji. Do pracy zaleca się używanie lutownicy o mocy 30 lub 40 watów. Końcówka lutownicy musi być czysta i ciepła. Podczas nagrzewania lutownicy topnik jest nakładany na element, a ocynowany drut jest dociskany do podstawy stykowej elementu. Teraz dotknij gorącą lutownicą powierzchni drutu. Konieczne jest „obtoczenie” złącza stopionym lutem i zapewnienie niezawodnego kontaktu drutu z elementem. Lutowanie odbywa się za jednym dotknięciem: musisz pracować szybko, ale ostrożnie. Tylny styk jest lutowany w ten sam sposób. Aby uzyskać sekwencyjny łańcuch elementów, przedni styk pierwszego elementu jest połączony przewodem z tylnym stykiem drugiego. Następnie, za pomocą innego kawałka drutu, przedni styk drugiego jest połączony z tyłem trzeciego itd. Przedni styk to elektroda ujemna, a tylny styk to elektroda dodatnia. Inną szeroko stosowaną metodą jest łączenie elementów w postaci pokrycia dachowego. Jeśli kiedykolwiek widziałeś dach pokryty dachówką, już masz pomysł. Styk przedni jednego elementu jest zasłonięty od góry stykiem tylnym drugiego. Punkt styku jest podgrzewany lutownicą, dzięki czemu oba elementy są ze sobą połączone. Takie połączenie pokazano na rys. 7.
Konieczne jest zebranie nadmiaru lutu na grocie w celu niezawodnego lutowania elementów. Uważaj, aby nie przegrzać elementu, w przeciwnym razie w ogóle nie będzie kontaktu. W ten sposób lepiej lutować małe elementy, w których można jednocześnie podgrzać całą powierzchnię styku. Najlepiej użyć specjalnej prostokątnej końcówki lutowniczej przeznaczonej do wylutowywania układów scalonych z płytek drukowanych. Równomierne ogrzewanie i ciśnienie będą kluczem do sukcesu. Ochrona baterii Po zmontowaniu akumulatora należy zabezpieczyć go przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz warunkami atmosferycznymi. Elementy najlepiej układać zadrukowaną stroną do dołu na czystej tafli szkła lub plexi. Preferowane jest szkło bezpieczne, a następnie hartowane szkło okienne, tworzywo akrylowe i zwykłe szkło okienne w malejącej kolejności bezpieczeństwa. Przezroczysta powłoka chroni akumulator przed uszkodzeniami mechanicznymi podczas wstrząsów oraz skręcania, zginania. Ale nie chroni dobrze przed wilgocią. Jak wiesz, krzem jest lekko higroskopijny; oznacza to, że pochłania bardzo mało wody. Jednak po dłuższym czasie następuje stopniowy spadek charakterystyki wyjściowej elementu pod wpływem wilgoci. Tak więc żywotność baterii zależy bezpośrednio od jakości izolacji przeciwwilgociowej. Izolację przeciwwilgociową można zapewnić na wiele sposobów. Zgodnie z jednym z nich tylna strona może być wypełniona płynną gumą. Aby to zrobić, konieczne jest wykonanie ramki wokół obwodu szkła ochronnego, aby ciekły polimer nie przelewał się. Dodatkowo mocna ramka dobrze chroni szybę ochronną przed uderzeniami bocznymi. Inna metoda polega na przykryciu tylnej części baterii grubą warstwą tworzywa sztucznego Mylar i podgrzaniu całej baterii, na przykład żarówką, aż Mylar stopi się i przylgnie do przedniej pokrywy ochronnej. Czynność ta wymaga pewnej wprawy, zwłaszcza w przypadku dużych akumulatorów. Tylną osłonę z mylaru można po prostu przykleić. Ta operacja jest często prostsza niż ogrzewanie, ale właściwości izolacyjne pogarszają się. Wreszcie, tylna strona ogniw baterii może być pokryta kilkoma warstwami lateksu. Nie wygląda tak estetycznie, ale zapewnia dość dobre właściwości przeciwwilgociowe. Ostatnim, ale nie mniej ważnym elementem jest produkcja odpornego na wilgoć, hermetycznie zamkniętego pudełka na elementy. Jest drogi, ale zapewnia niezbędną izolację przeciwwilgociową. Autor: Byers T.
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Dysk twardy 4 TB firmy Hitachi ▪ Bezprzewodowy telewizor LG Signature OLED M ▪ Szybkie chodzenie może pomóc ci żyć dłużej ▪ W pełni autonomiczny wahadłowiec
▪ sekcja serwisu Dozymetry. Wybór artykułu ▪ artykuł Kosiarka polerka do podłóg. Rysunek, opis ▪ artykuł Co to jest albinos? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Pomidor truskawkowy. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Naprawa kaloszy gumowych. Proste przepisy i porady
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony