Bezpłatna biblioteka techniczna ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Łódź zasilana energią słoneczną. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii Aspektem poznawczym w projektowaniu takiej łodzi jest zapoznanie się z praktycznym rozwojem fotowoltaiki. Przerywany charakter światła słonecznego wymusza konieczność korzystania z baterii przez wiele obwodów, a zatem mamy energię elektryczną wtedy, gdy jest potrzebna, a nie wtedy, gdy świeci słońce. Jednym z głównych problemów podczas korzystania z akumulatorów jest zarządzanie prądem ładowania: przeładowanie akumulatora może doprowadzić do jego awarii. Do tej pory, w celu zapewnienia niezawodności i długiej żywotności baterii, stosowano regulator ładowania lub ograniczano prąd wyjściowy panelu słonecznego. W tym rozdziale poznasz nowy sposób działania paneli fotowoltaicznych, a mianowicie ich samoregulację. Podczas ich stosowania nie są wymagane żadne regulatory prądu ładowania akumulatorów. Akumulatory kwasowo-ołowiowe Na tryb samoregulacji baterii słonecznej duży wpływ mają charakterystyki baterii kwasowo-ołowiowych, dlatego wydaje mi się, że konieczne jest krótkie zapoznanie się z zasadą ich działania. Akumulator kwasowo-ołowiowy składa się z dwóch ołowianych płytek zanurzonych w słabym roztworze kwasu siarkowego. W tym przypadku zachodzi odwracalna reakcja elektrochemiczna, w wyniku której może zostać zmagazynowany ładunek elektryczny. Interesować nas będzie tylko proces ładowania. Podczas wyładowania jony siarczanowe pozostałości kwasu są absorbowane z roztworu przez ołowiane płytki. Kiedy prąd ładowania przepływa przez płytki, energia elektryczna „wciąga” jony siarczanowe z powrotem do roztworu. Gdy akumulator otrzyma około 80% pierwotnego ładunku, równowaga chemiczna wewnątrz ogniwa zaczyna się zmieniać. Ołów z soli jest stopniowo redukowany do czystego metalu. Rezultat jest podobny do umieszczenia dwóch metalowych prętów w roztworze wodnym, kiedy powstają doskonałe warunki do elektrolizy. W rzeczywistości tak się dzieje. Elektrolizie towarzyszy uwalnianie się pęcherzyków tlenu i wodoru, czyli tzw. efekt „wrzenia” ogniwa akumulatora. Bardziej poprawne jest nazywanie tego efektu wydzielaniem gazu. To odgazowanie prowadzi do pogorszenia stanu akumulatora kwasowo-ołowiowego. Jeśli nie podejmie się żadnych działań, ogniwo ostatecznie ulegnie awarii.Aby zapobiec uszkodzeniu, konieczne jest zmniejszenie prądu ładowania na samym początku odgazowywania. Do tego celu służą regulatory ładowania. Możesz zmniejszyć prąd ładowania za pomocą rezystora połączonego szeregowo z akumulatorem. Część energii elektrycznej jest rozpraszana w tym rezystorze w postaci ciepła, co prowadzi do spadku prądu ładowania. Inna, często stosowana metoda: na akumulatorze utrzymuje się stałe napięcie, a natężenie prądu przyjmuje różne wartości. Ponieważ wielkość prądu zależy od różnicy między napięciem na akumulatorze a napięciem ładowania, istnieje możliwość regulacji szybkości ładowania poprzez zmianę napięcia. Podobnie w układzie elektrycznym samochodu, w którym zastosowano regulator napięcia, akumulator jest utrzymywany w stanie naładowania. Niestety użycie regulatora napięcia przy pełnym naładowaniu akumulatora wymaga wydłużenia czasu ładowania. Przy ograniczonej liczbie godzin nasłonecznienia w ciągu dnia jest naturalnie mało czasu na ładowanie. Pewnie już się domyślacie, że idealnym rozwiązaniem jest połączenie regulatora prądu i regulatora napięcia w jednym urządzeniu. Ładowanie rozpoczyna się dużym prądem bez ograniczenia napięcia. Gdy akumulator osiągnie fazę gazowania, urządzenie zmniejsza prąd i przechodzi w tryb regulacji napięcia. Akumulator przechowuje maksymalną ilość ładunku w najkrótszym czasie, eliminując przy tym możliwość przeładowania akumulatora. Graficznie idealny cykl ładowania pokazano na ryc. 1. Samoregulujący panel słoneczny Teraz możemy rozważyć charakterystykę krzemowego ogniwa słonecznego, pokazanego na ryc. 1 (górna krzywa).
Jak wiesz, krzemowe ogniwo słoneczne jest generatorem prądu. Niezależnie od napięcia przed załamaniem krzywej, prąd jest zawsze stały. Napięcie na elemencie jest określone przez rezystancję obciążenia. Wraz ze spadkiem rezystancji obciążenia dochodzi do punktu, w którym prąd nie jest już decydującym czynnikiem. Ta część krzywej nazywa się „kolano”. Przy wysokich wartościach napięcia na rezystancji obciążenia wchodzą w grę prawa zachowania energii i fizyki kwantowej, a prąd maleje. Zwróćmy na to baczną uwagę, gdyż takie jest znaczenie samoregulacji baterii słonecznej. Ten punkt przejściowy na charakterystyce ogniwa słonecznego jest bardzo ważny w następujących rozważaniach. W rzeczywistości oddziela dwa tryby działania baterii słonecznej. Powyżej generator słoneczny działa jako generator prądu, a poniżej jest odpowiednikiem regulatora napięcia. Jeśli porównamy wykres idealnej ładowarki z krzywą prądowo-napięciową ogniwa słonecznego (rys. 1), zobaczymy, że obie krzywe są bardzo podobne. W rzeczywistości są one prawie przystające. Dlatego połączenie obu cech jest całkiem naturalne. Koordynując punkt przegięcia krzywej prądowo-napięciowej baterii słonecznej z momentem, w którym bateria zaczyna się odgazowywać, można uzyskać efekt samoregulacji. Wróćmy do typowego przykładu. Załóżmy, że proces rozpoczyna się od całkowicie rozładowanego akumulatora kwasowo-ołowiowego. Teraz podłączmy go do samoregulującego generatora słonecznego. Gdy panel słoneczny jest podświetlony, akumulator zaczyna się ładować. Na początku procesu napięcie akumulatora jest niskie (<10 V). W tym przypadku bateria słoneczna działa w obszarze powyżej „kolana” w trybie generatora prądu. Innymi słowy, bateria otrzymuje maksymalny prąd, jaki może wytworzyć panel słoneczny, co umożliwia osiągnięcie niezbędnego szybkiego ładowania. Gdy ładunek gromadzi się w ogniwach akumulatora, napięcie zaczyna stopniowo rosnąć. Pamiętaj, jak wykorzystaliśmy ten wzrost wzornictwa regulator ładowania. Znowu możemy zrobić to samo. Jeśli dopasujemy napięcie gazowania, które zaczyna się od 12,6 V w akumulatorze 12 V, do napięcia kolanowego krzywej V/A ogniwa słonecznego, możemy uzyskać zmniejszenie prądu ładowania. Zakładając, że akumulator osiągnął fazę gazowania, obserwujemy, że panel fotowoltaiczny wychodzi z aktualnego trybu stabilizacji. Teraz zwiększenie naładowania akumulatora i napięcia na nim wymusi pracę panelu słonecznego w trybie regulatora napięcia. W rezultacie prąd ładowania spadnie. Im większy ładunek akumulatora, tym większe staje się napięcie statyczne i tym dalej punkt pracy na charakterystyce ogniwa słonecznego przesuwa się w obszar poniżej „kolana”. Po wzroście napięcia następuje odpowiedni spadek prądu wyjściowego panelu słonecznego. Do czasu pełnego naładowania akumulatorów punkt pracy przesunął się tak bardzo w prawo w charakterystyce, że teraz z akumulatora słonecznego płynie tylko niewielki prąd zasilający. Jest na tyle mały, że bateria może pozostawać w tym stanie tak długo, jak sobie tego życzysz, bez obawy o przeładowanie. W tym momencie napięcie akumulatora wynosi 13,2 V. W tej pozycji wszystko pozostaje, dopóki nie zużyjemy energii zgromadzonej w akumulatorze. Gdy ogniwa wydzielają energię, napięcie na akumulatorze odpowiednio spada, a punkt pracy przesuwa się w przeciwnym kierunku wzdłuż krzywej wolt-amper. Siła prądu ładowania z baterii słonecznej będzie zależała od tego, o ile spadło napięcie na baterii, czyli od ilości energii zużytej proporcjonalnie do tej wartości. Więc osiągnęliśmy cel, teraz mamy samoregulujący generator słoneczny. Wpływ temperatury Samoregulujący panel słoneczny ma bardzo nieoczekiwaną właściwość: uwzględnia wpływ temperatury. Niewiele obiektów wokół nas nie ma wpływu na temperaturę. Ogniwa słoneczne i baterie nie są wyjątkiem. Ładunek elektryczny jest magazynowany w akumulatorze kwasowo-ołowiowym w wyniku reakcji chemicznej, która jest bardzo wrażliwa na zmiany temperatury. Im wyższa temperatura otoczenia, tym szybciej przebiega reakcja. W praktyce oznacza to, że w chłodniejsze dni wymagane jest wyższe napięcie ładowania. W przypadku konwencjonalnych kontrolerów ładowania monitorowanie temperatury zawsze stanowiło problem. Nie da się go rozwiązać prostymi środkami, a każda mniej lub bardziej złożona metoda doprowadzi do komplikacji i wzrostu kosztów projektu.
Zależność charakterystyki prądowo-napięciowej krzemowego ogniwa słonecznego od temperatury kompensuje właściwości temperaturowe ogniwa akumulatora kwasowo-ołowiowego. Obniżenie temperatury faktycznie powoduje wydajniejszą pracę generatora słonecznego. Ze względu na różne wpływy na objętość półprzewodnika najsilniej wpływa na składową napięcia. To jest dokładnie to, czego wymaga bateria. Kiedy temperatura na zewnątrz spada, napięcie wyjściowe ogniw fotowoltaicznych wzrasta (dokładnie w momencie, gdy akumulator potrzebuje większego napięcia ładowania). Co więcej, podczas pracy w zwykłym zakresie temperatur zależności temperaturowe charakterystyk baterii słonecznej i akumulatorów są ze sobą tak dobrze zgodne (rys. 2), że nie są wymagane żadne dodatkowe środki do pomyślnej wspólnej pracy tych baterii we wspólnym urządzeniu . Motorówka wyścigowa Czas na zabawną część naszej historii. Pozwól teraz samoregulującemu się panelowi słonecznemu* pracować dla nas. Do tego projektu wybrano małą elektryczną łódź motorową. Jest to gumowy ponton wyprodukowany przez firmę Metzeler. Jej długość wynosi 2,7, a szerokość 1,2 m. Stabilność łodzi zapewniają dwa rozstawione cylindry typu ponton, a płaskie dno pełni rolę obszernej „kabiny”.
Dzięki niskiej prędkości wody (9,4 km/h) ta łódź jest idealna do wędkowania lub po prostu na miły spacer w słoneczny dzień. Panele słoneczne są instalowane na baldachimie, który chroni pasażerów przed promieniami słonecznymi (rys. 3). Oprócz zasilania silnika elektrycznego łodzi, system fotowoltaiczny może również zasilać radio, system oświetlenia lub pompę wodną. projekt Nasz opis zaczynamy od łodzi. Chociaż istnieje wiele rodzajów łodzi do wyboru, wybrałem ponton z dwóch powodów. Po pierwsze jest dmuchany. Oznacza to, że jest przenośny i opróżniony, co ułatwia przechowywanie. Po drugie ponton to solidna, stabilna jednostka pływająca, której można używać przez długi czas. Poniżej wyjaśnię szczegółowo, w jaki sposób przeprowadzono konwersję energii słonecznej na tej konkretnej łodzi. Jeśli wiesz więcej o łodziach niż ja i chcesz zamontować panel słoneczny na innym typie łodzi, skorzystaj z poniższych zaleceń. Panele słoneczne są instalowane jako pierwsze. W tym projekcie zastosowano panele fotowoltaiczne M-61 firmy ARCO Solar, Inc. typ samoregulujący. Każda bateria M-61 o mocy 25 W wykonana jest konstrukcyjnie w postaci panelu o długości 120 cm, szerokości 30 cm i grubości 4 cm, zawierającego 30 okrągłych ogniw monokrystalicznych o średnicy 10 cm. dla napięcia 14,1 V i prądu 1,75 A. Jeśli chcesz samodzielnie wykonać panel słoneczny, postaraj się, aby Twoja bateria miała takie same właściwości. Upewnij się, że panele słoneczne są całkowicie wodoodporne: będzie dużo wilgoci! Do ruchu łodzi wymagane będą cztery panele słoneczne o określonych właściwościach. Ustaw je w rzędzie na panelu 120x120 cm2 i połącz równolegle. Całkowity prąd czterech akumulatorów połączonych równolegle wynosi 7 A, a napięcie wynosi 14 V. Panel słoneczny jest przymocowany do pokładu za pomocą ramy rurowej z PVC o średnicy 4 cm (Schemat-40). Rurki z tworzyw sztucznych są doskonałym materiałem do takich celów; jest wytrzymały, niedrogi, lekki i, co najważniejsze, nie koroduje. Rama rury jest wykonana zgodnie ze schematem pokazanym na ryc. 4. Połączenia 90° wykonujemy za pomocą kolanek, a ramę górną mocujemy za pomocą trójników.
Potrzebne są cztery słupki, każdy o długości około 120 cm. Dolne końce dwóch przednich słupków są połączone łącznikiem, który, jak widać na ryc. 3, spoczywający na dnie łodzi bezpośrednio przed przednim siedzeniem. Dwa tylne słupki są połączone w ten sam sposób i zamocowane na tylnym siedzeniu. Wytnij piłą do metalu kawałki plastikowych rur o wymaganej długości i zmontuj ramę, dopasowując części na miejscu. Chociaż na rys. 4 to dokładne wymiary (w cm) i należy je traktować wyłącznie jako wskazówkę. Ostateczne dopasowanie odbywa się na samej łodzi. Rama nośna panelu słonecznego musi ściśle przylegać między pontonami, gdy jest zainstalowana na dnie łodzi. Gdy masz pewność, że wszystko zostało wykonane poprawnie, sklej części czystym klejem do PVC zawierającym rozpuszczalnik do tworzyw sztucznych. Kiedy dwie plastikowe części są sklejone ze sobą, tworzy się spoina, która jest tak mocna, jak sam oryginalny materiał. Tetrahydrofuran jest stosowany jako rozpuszczalnik do PCW. Podczas pracy z nim należy pamiętać, że jest trujący, podobnie jak większość innych rozpuszczalników. Z tym klejem trzeba pracować szybko, nie pozostawia czasu na refleksję. Dlatego przed sklejeniem przygotuj i umieść wszystkie szczegóły. Przyklej nie więcej niż dwie części na raz i poczekaj, aż klej całkowicie zwiąże, zanim przejdziesz do następnego połączenia. Następnie skręć panele słoneczne w jedną jednostkę o powierzchni 1,5 m2. W tym celu na metalowych krawędziach akumulatorów znajdują się specjalne otwory. Pomiędzy akumulatorami należy pozostawić niewielką szczelinę, aby zmniejszyć wiatr konstrukcji. Do oddzielenia akumulatorów można użyć podkładek dystansowych. Panel słoneczny jest następnie umieszczany na ramie nośnej i wiązany sznurkiem lub liną w co najmniej czterech punktach z każdej strony oraz w miejscu, w którym baterie są ze sobą skręcone. Lepiej nie oszczędzać na przewodzie, w przeciwnym razie bateria wpadnie do wody po silnym podmuchu wiatru. Silnik elektryczny o masie około 13 kg służy jako silnik łodzi. Podobne silniki elektryczne są produkowane przez różne firmy, takie jak Montgomery Ward i Sears. Silnik łodzi jest dostarczany przymocowany do drewnianego jarzma, które z łatwością utrzyma mały silnik elektryczny, ponieważ konstrukcja została zaprojektowana dla małej mocy do 4 KM. Z. (około 3 kW). Silnik elektryczny jest zasilany 12-woltowym akumulatorem kwasowo-ołowiowym. Jest to bateria ogniw żelowych, podobna do tej opisanej w rozdz. 14 typ. Zasadniczo ogniwo żelowe jest podobne do konwencjonalnego ogniwa kwasowo-ołowiowego z ciekłym elektrolitem. Jednak do ogniwa żelowego wlewa się nie płyn, a gęsty elektrolit Jell-O, który ma konsystencję galaretki. Zastosowanie akumulatora żelowego zamiast standardowego akumulatora morskiego wynika z braku wycieków elektrolitu. Nawet jeśli łódź się wywróci (co nigdy się nie zdarzyło), kwas się nie rozleje. Ponieważ panele słoneczne są samoregulujące, jedyne, czego potrzeba, to podłączyć je do akumulatora, który z kolei do silnika elektrycznego. Wszystko jest bardzo proste! Jaki jest cel samoregulujących się paneli słonecznych w tym projekcie? Z jednej strony takie akumulatory upraszczają konstrukcję i zwiększają niezawodność. To jest główny powód. Z drugiej strony dało mi to możliwość zademonstrowania wam jeszcze jednej właściwości paneli słonecznych. Możliwości łodzi Czy panele fotowoltaiczne działają dobrze? Cóż, przyznaję się: na ryc. 3 widzisz, to nie moja łódź, należy do Gary'ego Zanstechera (siedzącego w niej), któremu pozostawiam możliwość wyjaśnienia, czy jest dobra. Oto jego opinia: „Łódź stabilna, łatwa w transporcie i montażu. Łódka zazwyczaj zacumowana w Marina del Rey. Używamy jej w weekendy oraz w czasie wolnym. Dzięki swoim właściwościom łódź rozwija prędkość 9,4 km/h. Podczas jazdy silnik pobiera 25 A, dlatego akumulator o pojemności 80 Ah wystarcza na około 3 godziny pracy. Należy jednak pamiętać, że w tym samym czasie następuje ciągłe ładowanie z baterii słonecznej. Pływam 4-5 godzin z rzędu i nigdy nie doświadczyłem braku prądu. Oczywiście korzystałem z łodzi tylko w słoneczne dni. Łódź jest zacumowana przez co najmniej tydzień między rejsami, więc panele słoneczne mają wystarczająco dużo czasu na naładowanie akumulatorów. Spójrz, panele słoneczne nie są skierowane w stronę słońca. Nierozsądnie jest to robić, ponieważ łódź ciągle zmienia swoją orientację i kierunek ruchu. Baterie są montowane poziomo i oczywiście przez większość czasu nie generują pełnego prądu. Jednak, gdy słońce jest wysoko nad horyzontem, działają całkiem dobrze. Baterie są przymocowane tylko do panelu, więc można je bardzo szybko wyjąć. Są dość drogie, a nie chciałbym ich zgubić w czasie burzy. To prawda, że łódź bez problemu wytrzymała skutki wiatru wiejącego z prędkością do 56 km / h. Ogólnie muszę powiedzieć, że łódź z baterią słoneczną to bardzo zabawna rzecz.” Autor: Byers T. Zobacz inne artykuły Sekcja Alternatywne źródła energii. Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu. Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika: Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
Inne ciekawe wiadomości: ▪ Samochód bez kluczyka zapłonu ▪ TI REF1933 – Podwójne napięcie odniesienia napięcia wyjściowego Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika
Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej: ▪ część witryny „Podręcznik elektryka”. Wybór artykułu ▪ artykuł Kto pierwszy dostał olej? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Krzew wiśniowy. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Generator mostka pomiarowego. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Lina przewiązana chusteczką. Sekret ostrości
Zostaw swój komentarz do tego artykułu: Komentarze do artykułu: Sergei Całkowity prąd wynosi 7A.... Pomiary silników elektrycznych pokazują 9A na 1. biegu i 14A na 2. biegu. Kuszące jest dodanie obszaru aż 1500X1400 (dwa akumulatory 1500X700,7A 140W = 14A, 280W, sprawność 14%, waga 4kg) i poruszanie się nawet w pochmurną pogodę z prędkością około 2,5-3 km.h. I czy jest sens przewożenia ciężkiej konstrukcji na dachu lekkiego pontonu, jeśli ładowanie jest znikome, prąd 25 A rozładowuje akumulator w godziny 3. Raczej wskazane jest pozostawienie całej konstrukcji solarnej na parkingu! Wielkość naczynia nie odpowiada bezpieczeństwu - DH jest za wysoki, monokrystaliczny. panele są kruche i wymagają ramy wzmacniającej tj. waga około 12 kg. Wszystkie języki tej strony Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn www.diagram.com.ua |