Солнечная энергия - самый чистый и доступный возобновляемый источник энергии. Современные технологии могут использовать эту энергию для различных целей, в том числе для производства электроэнергии, освещения и нагрева воды для бытовых, коммерческих или промышленных целей.
Солнечная энергия также может использоваться для удовлетворения наших потребностей в электроэнергии. Через солнечные фотоэлектрические элементы (SPV) солнечное излучение напрямую преобразуется в электричество постоянного тока. Это электричество можно использовать как есть или хранить в батарее. В этой статье мы узнаем все о солнечной энергии. Давайте посмотрим шаг за шагом:
Солнечная фотоэлектрическая батарея (SPV):
Солнечный фотоэлектрический или солнечный элемент - это устройство, которое преобразует свет в электрический ток с помощью фотоэлектрического эффекта. SPV используются во многих приложениях, таких как железнодорожные сигналы, уличное освещение, домашнее освещение и питание удаленных телекоммуникационных систем.
Он имеет слой кремния p-типа, находящийся в контакте со слоем кремния n-типа, и диффузия электронов происходит от материала n-типа к материалу p-типа. В материале p-типа есть отверстия для приема электронов. Материал n-типа богат электронами, поэтому под действием солнечной энергии электроны перемещаются из материала n-типа и в p-n переходе соединяются с дырками. Это создает заряд по обе стороны от p-n-перехода для создания электрического поля. . В результате возникает диодоподобная система, которая способствует прохождению заряда. Это дрейфовый ток, который уравновешивает диффузию электронов и дырок. Область, в которой возникает дрейфовый ток, - это зона обеднения или область пространственного заряда, в которой отсутствуют подвижные носители заряда.
Таким образом, в темноте солнечный элемент ведет себя как диод с обратным смещением. Когда на него падает свет, как на диод, солнечный элемент смещается в прямом направлении, и ток течет в одном направлении от анода к катоду, как диод. Обычно в разомкнутой цепи (без подключения аккумулятора) напряжение солнечной панели выше номинального. Например, панель на 12 вольт дает около 20 вольт при ярком солнечном свете. Но при подключении к нему АКБ напряжение падает до 14-15 вольт. Солнечные фотоэлектрические элементы (SPV) изготовлены из необычных материалов, называемых полупроводниками, например кремния, который в настоящее время используется наиболее часто. По сути, когда свет попадает на ячейку, определенная его часть поглощается полупроводниковым материалом. Это означает, что энергия поглощенного света передается полупроводнику.
Солнечные фотоэлементы также имеют одно или несколько электрических полей, которые заставляют электроны, освобожденные за счет поглощения света, течь в определенном направлении. Этот поток электронов представляет собой ток, и, разместив металлические контакты сверху и снизу ячейки SPV, мы можем отвести этот ток для удаленного использования. Напряжение элементов определяет мощность, которую может производить солнечный элемент. Процесс преобразования света в электричество называется солнечным фотоэлектрическим эффектом (SPV). Массив солнечных панелей преобразует солнечную энергию в электричество постоянного тока. Затем электричество постоянного тока поступает в инвертор. Инвертор преобразует электричество постоянного тока в электричество переменного тока напряжением 120 вольт, необходимое для бытовой техники.
Солнечная панель:
Солнечная панель - это совокупность солнечных элементов. Солнечная панель преобразует солнечную энергию в электрическую. В солнечной панели используется омический материал для соединений, а также для внешних клемм. Таким образом, электроны, созданные в материале n-типа, проходят через электрод к проводу, соединенному с батареей. Через батарею электроны достигают материала p-типа. Здесь электроны соединяются с дырками. Поэтому, когда солнечная панель подключена к батарее, она ведет себя как другая батарея, и обе системы включены последовательно, как две батареи, подключенные последовательно.
Выходная мощность солнечной панели - это ее мощность, которая измеряется в ваттах или киловаттах. Доступны солнечные панели с различной выходной мощностью, например, 5 Вт, 10 Вт, 20 Вт, 100 Вт и т. Д. Поэтому, прежде чем выбирать солнечную панель, необходимо выяснить мощность, требуемую для нагрузки. Ватт-часы или киловатт-часы используются для расчета требуемой мощности. Как правило, средняя мощность равна 20% от пиковой мощности. Следовательно, каждый пиковый киловатт солнечной батареи дает выходную мощность, которая соответствует выработке энергии 4,8 кВт / ч в день. То есть 24 часа x 1 кВт x 20%.
Производительность солнечной панели зависит от ряда факторов, таких как климат, состояние неба, ориентация панели, интенсивность и продолжительность солнечного света и соединения проводки. Если солнечный свет нормальный, панель на 12 вольт и 15 ватт дает ток около 1 ампера. При правильном уходе солнечная панель прослужит около 25 лет. Необходимо спроектировать расположение солнечной панели на крыше. Обычно его обращают на восток под углом 45 градусов. Также используется система слежения за солнечными лучами, которая вращает панель по мере движения солнца с востока на запад. Подключение проводки также важно. Провода хорошего качества с достаточным сечением, чтобы выдерживать ток, обеспечат правильную зарядку аккумулятора. Если провод слишком длинный, зарядный ток может уменьшиться. Как правило, солнечная панель устанавливается на высоте 10-20 футов от уровня земли. Рекомендуется правильная чистка солнечной панели один раз в месяц. Сюда входит очистка поверхности от пыли и влаги, а также очистка и повторное подключение клемм.
Солнечная панель имеет в общей сложности четыре этапа процесса: перегрузка, заряд, низкий заряд батареи и глубокая разрядка, давайте все.
Из приведенной ниже схемы мы использовали солнечную панель, являющуюся источником тока, которая используется для зарядки аккумулятора B1 через D10. Пока батарея полностью заряжена, Q1 проводит с выхода компаратора. Это приводит к тому, что Q2 проводит и отводит солнечную энергию через D11 и Q2, так что аккумулятор не перезаряжается. Пока батарея полностью заряжена, напряжение на катоде D10 повышается. Ток от солнечной панели шунтируется через D11 и сток и исток MOSFET. В то время как нагрузка используется переключателем, Q2 обычно обеспечивает путь к отрицательному полюсу, в то время как положительный вывод подключается к постоянному току через переключатель в случае перегрузки. На правильную работу нагрузки в нормальном состоянии указывает, когда полевой МОП-транзистор Q2 проводит.
Применение солнечной энергии:
Снизу Схема для управления интенсивностью светодиодных ламп может питаться от источника постоянного тока с переменным рабочим циклом. Концепция контроля интенсивности помогает экономить электроэнергию. Светодиоды используются в сочетании с подходящими управляющими транзисторами от микроконтроллера, должным образом запрограммированными для практического применения.
Чтобы продемонстрировать то же самое от источника постоянного тока 12 В, 4 последовательно соединенных светодиода образуют цепочку из 8 * 3 = 24 цепочек, соединенных последовательно с полевым МОП-транзистором, действующим как переключатель. МОП-транзистор может быть IRF520 или Z44. Каждый светодиод представляет собой белый светодиод и работает при напряжении 2,5 В. Таким образом, для 4 последовательно соединенных светодиодов требуется 10 В. Поэтому резистор подключен к 10 Ом, 10 Вт последовательно со светодиодами, где балансное напряжение падает с 12 В за счет ограничения тока для безопасной работы светодиодов.
Например, светодиодные фонари, используемые для уличного освещения, включаются в сумерках с полной интенсивностью до 23:00 с нормальным циклом 99% для светодиодов, т.е. 1% рабочего цикла от контроллера. С каждым часом, начиная с 11 часов вечера, рабочий цикл светодиодов постепенно уменьшается с 99%, так что к утру рабочий цикл времени включения достигает 10% с 99% и, наконец, до нуля, что означает, что огни выключены с утра, т. до сумерек. Операция повторяется снова с наступлением сумерек с полной интенсивностью до 23:00 с 18:00, а в 12 часов ночи это рабочий цикл 80%, 1 час 70%, 2 часа 60%, 3 часа 50%, 4 часа часы 40% и так далее до 10% и, наконец, ВЫКЛ на рассвете.
Интенсивность светодиода изменяется в соответствии с широтно-импульсной модуляцией, как показано на рис.
