Het werkingsprincipe van de zonnebatterij: hoe het zonnepaneel is opgesteld en werkt

water klok

Deze methode voor het besturen van het roterende apparaat is uitgevonden door een ondernemende Canadese student en is verantwoordelijk voor het draaien van slechts één as, de horizontale.

Het werkingsprincipe is ook eenvoudig en is als volgt:

1. De zonnebatterij wordt in zijn oorspronkelijke positie geïnstalleerd wanneer de zonnestralen de fotocel loodrecht raken.
2. Daarna wordt aan een van de zijkanten een bak met water bevestigd en aan de andere kant een voorwerp van hetzelfde gewicht als de bak met water. De bodem van de container moet een klein gaatje hebben.
3. Hierdoor zal er geleidelijk water uit de tank stromen, waardoor het gewicht zal afnemen en het paneel langzaam naar het contragewicht zal kantelen. Het zal nodig zijn om de afmetingen van het gat voor de container experimenteel te bepalen.

Deze methode is de eenvoudigste.Bovendien bespaart het materiële middelen die zouden worden besteed aan de aanschaf van een motor, zoals in het geval van een uurwerk. Bovendien kunt u het draaimechanisme in de vorm van een waterklok zelf installeren, zelfs zonder enige speciale kennis.

De voordelen van zonnepanelen

Zonne-energie is een veelbelovend gebied dat voortdurend in ontwikkeling is. Ze hebben een aantal belangrijke voordelen. Gebruiksgemak, lange levensduur, veiligheid en betaalbaarheid.

De positieve aspecten van het gebruik van dit type batterij:

• Hernieuwbaar - deze energiebron kent praktisch geen beperkingen en is bovendien gratis. In ieder geval voor de komende 6,5 miljard jaar. Het is noodzakelijk om de apparatuur te selecteren, te installeren en te gebruiken voor het beoogde doel (in een privéwoning of cottage-perceel).
• Overvloed - Het aardoppervlak ontvangt gemiddeld zo'n 120.000 terawatt aan energie, wat 20 keer het huidige energieverbruik is. Zonnepanelen voor huisjes of privéwoningen hebben een enorm gebruikspotentieel.
• Constantheid - zonne-energie is constant, dus de mensheid wordt niet bedreigd met overmatige uitgaven tijdens het gebruik ervan.
• Beschikbaarheid - zonne-energie kan overal worden opgewekt, zolang er natuurlijk licht is. Meestal wordt het echter gebruikt voor verwarming van woningen.
• Ecologische reinheid - zonne-energie is een veelbelovende industrie die in de toekomst elektriciteitscentrales zal vervangen die op niet-hernieuwbare bronnen werken: gas, turf, kolen en olie. Veilig voor de gezondheid van mens en dier.

• Tijdens de productie van panelen en de installatie van zonne-energiecentrales komen er geen significante emissies van schadelijke of giftige stoffen in de atmosfeer.
• Stil – Elektriciteitsopwekking is bijna stil en daarom is dit type elektriciteitscentrale beter dan windparken. Hun werk gaat gepaard met een constant gezoem, waardoor de apparatuur snel uitvalt en werknemers regelmatig moeten pauzeren om te rusten.
• Zuinig – bij het gebruik van zonnepanelen ervaren eigenaren van onroerend goed een aanzienlijke verlaging van de energierekening voor elektriciteit. De panelen hebben een lange levensduur - de fabrikant geeft een garantie op de panelen van 20 tot 25 jaar. Tegelijkertijd wordt het onderhoud van de gehele energiecentrale teruggebracht tot het periodiek (elke 5-6 maanden) reinigen van de paneeloppervlakken van vuil en stof.

Het werkingsprincipe van de zonnebatterij:

Als gevolg van de ladingsstroom op de grens van de p- en n-lagen, wordt een zone van niet-gecompenseerde positieve lading gevormd in de n-laag en een negatieve lading in de p-laag, d.w.z. bij iedereen bekend van de schoolopleiding natuurkunde p-n-junction. Het potentiaalverschil dat optreedt bij de overgang, het contactpotentiaalverschil (potentiaalbarrière) verhindert de doorgang van elektronen uit de p-laag, maar passeert vrij kleine dragers in de tegenovergestelde richting, wat het mogelijk maakt om foto-EMF te verkrijgen wanneer zonlicht invalt de zonnecel.

Bij blootstelling aan zonlicht beginnen de geabsorbeerde fotonen niet-evenwichtige elektron-gatparen te genereren. De elektronen die bij de overgang worden gegenereerd, gaan van de p-laag naar het n-gebied.

Op dezelfde manier komen overtollige gaten en laag n in de p-laag (figuur a). Het blijkt dat een positieve lading zich ophoopt in de p-laag en een negatieve lading zich ophoopt in de n-laag, waardoor een spanning in het externe circuit ontstaat (Figuur b). De stroombron heeft twee polen: positief - p-laag en negatief - n-laag.

Dit is het basisprincipe van hoe zonnecellen werken. De elektronen lijken dus in een cirkel te lopen, d.w.z. verlaat de p-laag en keer terug naar de n-laag, door de belasting (accumulator).

Foto-elektrische uitstroom in een enkelvoudig verbindingselement wordt alleen geleverd door die elektronen die een energie hebben die hoger is dan de breedte van een bepaalde bandafstand. Degenen die minder energie hebben, nemen niet deel aan dit proces. Deze beperking kan worden verwijderd door meerlaagse structuren bestaande uit meer dan één SC, waarin: bandgap verschillend. Ze worden cascade, multi-junction of tandem genoemd. Hun foto-elektrische conversie is hoger omdat dergelijke zonnecellen met een breder zonnespectrum werken. Daarin bevinden zich fotocellen naarmate de bandafstand kleiner wordt. De zonnestralen vallen eerst op de fotocel met de breedste zone, terwijl de absorptie van fotonen met de hoogste energie plaatsvindt.

Vervolgens vallen de fotonen die door de bovenste laag worden gepasseerd op het volgende element, enzovoort. Op het gebied van cascade-elementen is de hoofdrichting van het onderzoek het gebruik van galliumarsenide als één of meerdere componenten. Dergelijke elementen hebben een omzettingsrendement van 35%. De elementen zijn aangesloten op een batterij, omdat technische mogelijkheden het niet mogelijk maken om een ​​afzonderlijk element van grote omvang (vandaar vermogen) te vervaardigen.

Zonnecellen kunnen lang werken.Ze hebben zichzelf bewezen als een stabiele en betrouwbare energiebron, nadat ze zijn getest in de ruimte, waar het grootste gevaar voor hen meteorisch stof en straling is, die leiden tot de erosie van siliciumelementen. Maar aangezien deze factoren op aarde niet zo'n negatief effect op hen hebben, kan worden aangenomen dat de levensduur van de elementen nog langer zal zijn.

Zonnepanelen staan ​​nu al in dienst van de mens, als stroombron voor verschillende apparaten, van mobiele telefoons tot elektrische voertuigen.

En dit is al de tweede poging van de mens om de grenzeloze zonne-energie te beteugelen en te dwingen voor zijn eigen bestwil te werken. De eerste poging was om zonnecollectoren te maken, waarbij elektriciteit werd opgewekt door water tot het kookpunt te verhitten met de geconcentreerde zonnestralen.

Het voordeel van zonnebatterijen is dat ze direct elektriciteit produceren en veel minder energie verliezen dan meertraps zonnecollectoren, waarbij het proces om het te verkrijgen wordt geassocieerd met de concentratie van zonnestralen, het verwarmen van water, het genereren van stoom die een stoomturbine laat draaien , en pas daarna elektriciteit opwekken door een generator. De belangrijkste parameters van zonnepanelen - allereerst vermogen

Dan is het belangrijk hoeveel energie ze hebben

Deze parameter is afhankelijk van de capaciteit van de batterijen en hun aantal. De derde parameter is het piekstroomverbruik, dat wil zeggen het aantal gelijktijdig mogelijke aansluitingen van apparaten. Een andere belangrijke parameter is de nominale spanning, die de keuze van extra apparatuur bepaalt: omvormer, zonnepaneel, controller, batterij.

Voor-en nadelen

Zonnepanelen hebben, net als andere apparaten, hun eigen voor- en nadelen. De onbetwiste voordelen van deze systemen zijn onder meer:

• De mogelijkheid van autonome werking stelt u in staat om de stroomvoorziening van objecten, elektronische apparaten en verlichting te organiseren, op een aanzienlijke afstand van stationaire elektrische netwerken.
• Aanzienlijke kostenbesparingen tijdens het gebruik. Zonlicht dat wordt omgezet in elektriciteit kost niets en vereist geen extra kosten. U betaalt alleen voor omvormers en batterijen die periodiek vervangen moeten worden. En zelfs in dit geval betalen zonnepanelen zich terug in ongeveer 10 jaar met een gemiddelde garantieperiode van 25-30 jaar. Als u zich aan alle bedieningsregels houdt, kunnen de batterijen nog langer meegaan.
• Vergeleken met conventionele energiecentrales die brandstof verbruiken en het milieu vervuilen, is het werkingsschema van de zonnepanelen milieuvriendelijk en geruisloos.

Deze apparaten hebben echter ook ernstige nadelen, waarmee vooraf bij voorlopige berekeningen rekening moet worden gehouden:

• De hoge kosten van niet alleen panelen, maar ook extra componenten - omvormers, controllers, batterijen.
• Terugbetaling duurt te lang. Geld wordt lange tijd aan de circulatie onttrokken.
• Zonnesystemen met fotovoltaïsche cellen hebben veel ruimte nodig. Heel vaak is het voor deze doeleinden noodzakelijk om niet alleen het hele dak, maar ook de muren van het gebouw te gebruiken, waardoor ontwerpontwerpbeslissingen ernstig worden geschonden. Er is extra ruimte nodig voor batterijen met een grote capaciteit, die in sommige gevallen een hele ruimte in beslag kunnen nemen.
• Het proces van het opwekken van elektriciteit verloopt ongelijkmatig, afhankelijk van het tijdstip van de dag. Dit nadeel wordt gecompenseerd door oplaadbare batterijen, die overdag elektriciteit verzamelen en 's nachts aan de consument geven.

Transistoren als basis van lichtelementen

Transistoren zijn geschikt voor ons doel, omdat ze van binnen een vrij groot siliciumhalfgeleiderelement hebben, dat zal worden gebruikt om elektriciteit te produceren. Je kunt het beste kiezen voor transistors zoals KT of P.

We beginnen met werken. Allereerst snijden we de metalen kap af van het benodigde aantal radiocomponenten. Dit is gemakkelijker te doen als u de transistor in een bankschroef klemt en deze voorzichtig met een ijzerzaag snijdt. Binnenin zie je een bord. Dit is het belangrijkste onderdeel van ons toekomstige apparaat. Het zal voor ons als fotocel dienen.

Het onderdeel heeft drie contacten: basis, zender en collector. Kies bij montage de collectoraansluiting vanwege het grootste potentiaalverschil.

Doe-het-zelf montage kan het beste worden gedaan op een vlakke ondergrond van elk diëlektrisch materiaal.

Die transistors die u gaat gebruiken bij het maken van zonnepanelen, moeten vóór het werk worden gecontroleerd. Voor deze doeleinden nemen we een eenvoudige multimeter. Het is noodzakelijk om het apparaat naar de huidige meetmodus te schakelen, het aan te zetten tussen de basis en de collector of emitter van de transistor. We verwijderen de indicator - meestal geeft het apparaat een kleine stroom weer - fracties van een milliampère, minder vaak iets meer dan 1 mA.Vervolgens schakelen we het apparaat naar de spanningsmeetmodus (limiet 1-3 V) en krijgen we de waarde van de uitgangsspanning (het zal ongeveer een paar tienden van een volt zijn). Het is wenselijk om transistors te groeperen met nauwe waarden van uitgangsspanningen.

Montage

Zonnepanelen zijn gemonteerd op een speciale constructie, waarvan de verbinding bepaalt of de fotocellen bestand zijn tegen alle ongunstige weersomstandigheden, zoals harde wind, regen of sneeuw, en draagt ​​ook bij aan de vorming van de juiste hellingshoek.

Dit ontwerp is te koop in de volgende uitvoeringen:

• hellend - dergelijke systemen zijn optimaal voor installatie op een hellend dak;
• horizontaal - dit ontwerp is bevestigd aan platte daken;
• vrijstaand - batterijen van dit type kunnen op daken van verschillende soorten en maten worden geïnstalleerd.

Het daadwerkelijke proces van het installeren van batterijen wordt uitgevoerd volgens het volgende schema:

voor het bevestigen van het frame van het paneel zijn metalen vierkanten van 50x50 mm nodig en daarnaast zijn vierkanten van 25x25 mm vereist, die worden gebruikt voor afstandsbalken

De aanwezigheid van deze onderdelen maakt het mogelijk om de vereiste sterkte en betrouwbare stabiliteit van de draagconstructie te bereiken, en geeft ook de vereiste mate van helling;
je moet het frame monteren, hiervoor heb je bouten nodig van 6 en 8 m groot;
de constructie wordt onder de dakbedekking bevestigd met noppen van 12 mm;
kleine gaatjes worden gevormd in de voorbereide vierkanten, panelen worden erin bevestigd en schroeven moeten worden gebruikt voor een sterkere hechting;
tijdens installatiewerkzaamheden moet speciale aandacht worden besteed aan het frame - er mogen geen vervormingen in zitten.Anders kan er overspanning van het systeem optreden, waardoor het glas kan barsten.

De installatie van zonnewarmte en lichtbronnen op de loggia of op het balkon vindt plaats volgens een soortgelijk schema. De enige uitzondering is dat het frame op een hellend vlak is gemonteerd. Het wordt gemonteerd tussen de hoofddraagmuur van het gebouw en de kopgevel, altijd aan de zonzijde. Zelfmontage en installatie van alle soorten zonnepanelen vereist geen ervaring in bouwwerkzaamheden, maar er zijn wel enige installatievaardigheden vereist. Als je wilt, kun je de installatie veilig zelf doen, maar daarvoor zou het leuk zijn om speciale literatuur te lezen over de functies van het installeren van pales en de masterclasses te bestuderen die beschikbaar zijn op internet, en natuurlijk om een ​​voorraad aan te leggen de nodige hulpmiddelen.

De voordelen van werken met uw eigen handen liggen voor de hand - dit bespaart veel geld op de diensten van specialisten, evenals een enorme ervaring die in de toekomst nodig kan zijn. Tegelijkertijd, als persoonlijke vaardigheden niet genoeg zijn, kunt u niet alleen tijd verliezen, maar ook de panelen laten breken of hun lage efficiëntie.

Eigenaardigheden

Tegenwoordig worden batterijen op basis van fotovoltaïsche polykristallen het meest gebruikt. Dergelijke modellen onderscheiden zich door een optimale combinatie van kosten en de hoeveelheid vrijgekomen energie, ze worden gekenmerkt door een rijke blauwe kleur en een kristallijne structuur van de hoofdelementen. Ze zijn heel eenvoudig te installeren, omdat zelfs een meester zonder veel werkervaring de installatie in zijn privéhuis en in hun zomerhuisje aankan. Monokristallijne fotovoltaïsche panelen zijn de tweede meest populaire.

Zonnecellen, die zijn gemaakt met amorf silicium, worden gekenmerkt door een vrij laag rendement. Hun prijzen zijn echter iets lager dan de kosten van analogen, dus er is veel vraag naar het model bij eigenaren van landhuizen. Op dit moment zijn dergelijke producten goed voor 85% van de markt. Ze kunnen niet bogen op modificaties met hoog vermogen en cadmiumtelluride; hun productie is gebaseerd op een hightech filmtechniek: enkele honderden micrometers van een stof worden in een dunne laag op een duurzaam oppervlak aangebracht. Het is opmerkelijk dat bij een zeer laag efficiëntieniveau van het product het vermogen vrij hoog is.

Een andere optie voor batterijen op zonne-energie zijn de op CIGS-halfgeleiders gebaseerde varianten. Net als de vorige versie worden ze geproduceerd met behulp van filmtechnologie, maar hun efficiëntie is veel hoger. Afzonderlijk is het de moeite waard om stil te staan ​​​​bij het werkingsmechanisme van zonnewarmte en lichtbronnen. Het belangrijkste is om duidelijk te beseffen dat de totale hoeveelheid opgewekte energie op geen enkele manier kan afhangen van de mate van efficiëntie van het apparaat zelf, aangezien meestal alle soorten van dergelijke apparaten ongeveer hetzelfde vermogen leveren. Het belangrijkste verschil is dat panelen met een maximale efficiëntie minder ruimte nodig hebben voor hun installatie.

Zonnepanelen hebben de volgende voordelen:

• milieuvriendelijkheid van de installatie;
• lange gebruiksperiode, waarbij de operationele kenmerken van de panelen constant hoog blijven;
• technologieën gaan zelden kapot, dus ze hebben geen service en onderhoud nodig, evenals dure reparaties;
• het gebruik van batterijen op basis van zonne-energie stelt u in staat om de kosten van elektriciteit en gas in huis te verlagen;
• zonnepanelen zijn bijzonder gebruiksvriendelijk.

Het was echter ook niet zonder nadelen, een van de belangrijkste zijn de volgende:

• hoge podiumpanelen;
• de noodzaak om een ​​verscheidenheid aan extra apparatuur te installeren om de energie die wordt ontvangen van de batterij en die van traditionele bronnen effectief te synchroniseren;
• de panelen kunnen niet worden gebruikt in contact met apparaten die een hoog vermogen vereisen.

9. Kenmerken van zonnecellen met quantum dots

Het laatste veelbelovende type batterijen van de nabije toekomst is gebouwd op de eigenschappen van fysieke kwantumdots - microscopisch kleine insluitsels van halfgeleiders in een bepaald materiaal. Geometrisch gezien zijn deze "stippen" enkele nanometers groot en zijn ze in het materiaal verdeeld om de absorptie van straling van het hele zonnespectrum - IR, zichtbaar licht en UV - te dekken.

Een enorm voordeel van dergelijke panelen is de mogelijkheid om zelfs 's nachts te werken en ongeveer 40% van het maximale dagvermogen te genereren.

Fysieke en technische kenmerken, certificering en etikettering

Ongeacht waar zonnepanelen van gemaakt zijn, hebben ze elk een aantal van de volgende belangrijke kenmerken:

• mechanisch – geometrische parameters, totaal gewicht, type frame, beschermglas, aantal cellen, type en breedte van connectoren;
• elektrisch of volt-ampère - vermogen, nullastspanning, stroomsterkte bij maximale belasting, rendement van het paneel als geheel en individuele cellen in het bijzonder;
• temperatuur- - verandering in efficiëntie met een temperatuurstijging met een bepaalde grootte-eenheid (meestal - 1 graad);
• kwaliteit – levensduur, celafbraaksnelheid, aanwezigheid in de Bloomberg-beoordelingslijsten;
• functioneel - de noodzaak en het gemak van onderhoud, gemak van installatie / demontage.

Industriële zonnepanelen, van welk materiaal ze ook gemaakt zijn, moeten gecertificeerd zijn. De minimale eisen zijn kwaliteitscertificaten ISO, CE, TUV (internationaal) en/of de Douane-unie (indien binnen verkocht).

Internationale etiketteringsregels zijn ook verplicht. Bijvoorbeeld, afkorting CHN-350M-72 bevat de volgende informatie:

• CHN - identificatienummer van de fabrikant (in dit geval het Chinese ChinaLand);
• 350 – paneelvermogen in watt;
• M – aanduiding van monokristallijn silicium;
• 72 is het aantal fotovoltaïsche cellen in de module.

Wat kun je thuis zonnepanelen met je eigen handen maken?

Dit vereist het volgende:

Voorgetekend schema en berekeningen.
Een bepaald aantal geprefabriceerde zonnecellen - ze zijn het goedkoopst om online te kopen, bijvoorbeeld op de AliExpress-website of in andere online winkels

Let erop dat alle elementen dezelfde elektrische eigenschappen hebben. Zelfgemaakt frame van hout en multiplex - de regels voor de montage ervan kunnen worden bekeken op tal van video's op het net

Plexiglas of plexiglas voor oppervlaktebeschermende coating.
Verf- en hittebestendige lijm voor het bewerken van houten oppervlakken.
Contactstrips en draden voor het verbinden van cellen. Diagrammen van verschillende verbindingsmethoden kunnen ook op internet worden bestudeerd.
Soldeerbout en soldeer. Soldeerwerkzaamheden moeten zeer zorgvuldig worden uitgevoerd om het toekomstige product niet te bederven.
Siliconenlijm en zelftappende schroeven voor het bevestigen van de geprefabriceerde batterij in het frame.

Een kleine batterij vereist ongeveer $ 30-50 investering, terwijl een fabrieksversie met dezelfde capaciteit slechts 10-20% meer kost.

Natuurlijk zal zo'n zelfgemaakt ontwerp geen 25 jaar meegaan, niet de kracht van een volwaardige zonne-energiecentrale hebben en niet kunnen bogen op een aanzienlijke efficiëntie. De kosten zullen echter zo minimaal mogelijk zijn.

Apparaat op zonne-energie

Om ervoor te zorgen dat de zonnebatterij het licht van de zon in stroom kan omzetten, zijn de volgende elementen nodig:

1. Een fotovoltaïsche laag die de rol van halfgeleider speelt. Het wordt weergegeven door twee lagen materialen met verschillende geleidbaarheid. Hier kunnen elektronen van het p (+) gebied naar het n (-) gebied gaan. Dit wordt een pn-overgang genoemd;
2. Een element wordt tussen twee lagen halfgeleiders geplaatst, wat in wezen een barrière vormt voor de overgang van elektronen;
3. Bron van kracht. Het is noodzakelijk om verbinding te maken met een element dat de overdracht van elektronen verhindert. Het transformeert de beweging van geladen elektronen, d.w.z. creëert een elektrische stroom. Accumulator batterij. Accumuleert en slaat energie op;
4. laadregelaar. De belangrijkste functie is het aansluiten en loskoppelen van de zonnebatterij op basis van het laadniveau. Meer geavanceerde apparaten kunnen het maximale vermogensniveau regelen;
5. DC naar AC-omzetter (omvormer);
6. Spanningsstabilisator.Biedt bescherming voor het zonnebatterijsysteem tegen stroompieken.