Güneş pilinin çalışma prensibi: güneş panelinin nasıl düzenlendiği ve çalıştığı

su saati

Döner cihazı kontrol etmenin bu yöntemi, girişimci bir Kanadalı öğrenci tarafından icat edildi ve yalnızca bir ekseni, yatay olanı döndürmekten sorumlu.

Çalışma prensibi de basittir ve aşağıdaki gibidir:

1. Güneş ışınları fotosele dik olarak çarptığında güneş pili orijinal konumuna takılır.
2. Bundan sonra, yanlardan birine su içeren bir kap, diğer tarafa da su bulunan kap ile aynı ağırlıktaki bir nesne takılır. Kabın dibinde küçük bir delik olmalıdır.
3. Bu sayede, ağırlık azalacağı için su yavaş yavaş tanktan dışarı akacak ve panel yavaşça karşı ağırlığa doğru eğilecektir. Konteyner için deliğin boyutlarının deneysel olarak belirlenmesi gerekecektir.

Bu yöntem en basitidir.Ek olarak, bir saat gibi bir motor satın almak için harcanacak malzeme kaynaklarından tasarruf sağlar. Ayrıca herhangi bir özel bilginiz bile olmadan döner mekanizmayı su saati şeklinde kendiniz kurabilirsiniz.

Güneş panellerinin faydaları

Güneş enerjisi sürekli gelişen gelecek vaat eden bir alandır. Birkaç ana avantajı var. Kullanım kolaylığı, uzun ömür, güvenlik ve uygun fiyat.

Bu tip pil kullanımının olumlu yönleri:

• Yenilenebilir - bu enerji kaynağının pratikte hiçbir kısıtlaması yoktur, ayrıca ücretsizdir. En azından önümüzdeki 6,5 milyar yıl için. Ekipmanı seçmek, kurmak ve amaçlanan amaç için kullanmak (özel bir evde veya yazlık arsada) gereklidir.
• Bolluk - Dünyanın yüzeyi ortalama olarak yaklaşık 120.000 terawatt enerji alır, bu da mevcut enerji tüketiminin 20 katıdır. Kulübeler veya özel evler için güneş panelleri, kullanım için büyük bir potansiyele sahiptir.
• Sabitlik - güneş enerjisi sabittir, bu nedenle insanlık, kullanım sürecinde aşırı harcama ile tehdit edilmez.
• Kullanılabilirlik - güneş enerjisi, doğal ışık olduğu sürece herhangi bir alanda üretilebilir. Bu durumda, çoğu zaman ev ısıtması için kullanılır.
• Ekolojik temizlik - güneş enerjisi, gelecekte gaz, turba, kömür ve petrol gibi yenilenemeyen kaynaklarla çalışan enerji santrallerinin yerini alacak gelecek vaat eden bir endüstridir. İnsanların ve evcil hayvanların sağlığı için güvenlidir.

• Panellerin üretimi ve güneş enerjisi santrallerinin kurulumu sırasında atmosfere önemli miktarda zararlı veya toksik madde emisyonu oluşmaz.
• Sessiz – Elektrik üretimi neredeyse sessizdir ve bu nedenle bu tip santraller rüzgar santrallerinden daha iyidir. Çalışmalarına, ekipmanın hızla arızalanması nedeniyle sürekli bir uğultu eşlik ediyor ve çalışanların dinlenmek için sık sık ara vermeleri gerekiyor.
• Ekonomik – güneş panelleri kullanıldığında, mülk sahipleri elektrik faturalarında önemli bir düşüş yaşarlar. Panellerin kullanım ömrü uzundur - üretici, paneller için 20 ila 25 yıl arasında bir garanti vermektedir. Aynı zamanda, tüm santralin bakımı, panel yüzeylerinin kir ve tozdan periyodik olarak (5-6 ayda bir) temizlenmesine indirgenmiştir.

Güneş pilinin çalışma prensibi

P- ve n-katmanlarının sınırındaki yük akışının bir sonucu olarak, n-katmanında dengelenmemiş bir pozitif yük bölgesi oluşur ve p-katmanında negatif bir yük oluşur, yani. okul fizik p-n-kavşağı dersinden herkes tarafından bilinir. Geçişte meydana gelen potansiyel fark, temas potansiyel farkı (potansiyel bariyer), elektronların p-tabakadan geçişini engeller, ancak küçük taşıyıcıları ters yönde serbestçe geçer, bu da güneş ışığı çarptığında foto-EMF elde etmeyi mümkün kılar. güneş pili.

Güneş ışığına maruz kaldığında, emilen fotonlar dengede olmayan elektron deliği çiftleri oluşturmaya başlar. Geçişin yakınında üretilen elektronlar, p tabakasından n-bölgesine geçer.

Benzer şekilde, fazla delikler ve katman n, p katmanına girer (şekil a).P katmanında bir pozitif yükün biriktiği ve n katmanında bir negatif yükün birikerek dış devrede bir gerilime neden olduğu ortaya çıktı (Şekil b). Akım kaynağının iki kutbu vardır: pozitif - p-katmanı ve negatif - n-katmanı.

Bu, güneş pillerinin nasıl çalıştığının temel prensibidir. Elektronlar böylece bir daire içinde hareket ediyor gibi görünüyor, yani. p katmanından ayrılın ve yükten (akümülatör) geçerek n katmanına dönün.

Tek eklemli bir elemandaki fotoelektrik çıkış, yalnızca belirli bir bant aralığının genişliğinden daha yüksek bir enerjisi olan elektronlar tarafından sağlanır. Daha az enerjiye sahip olanlar bu sürece katılmazlar. Bu sınırlama, birden fazla SC'den oluşan çok katmanlı yapılar tarafından kaldırılabilir. bant aralığı farklı. Bunlara kademeli, çok kavşaklı veya tandem denir. Bu tür güneş pillerinin daha geniş bir güneş spektrumu ile çalışması nedeniyle fotoelektrik dönüşümleri daha yüksektir. İçlerinde bant aralığı azaldıkça fotoseller yer alır. Güneş ışınları önce en geniş zona sahip fotosel üzerine düşerken, en yüksek enerjili fotonların emilmesi gerçekleşir.

Daha sonra üst katmandan geçen fotonlar bir sonraki elemente düşer ve bu böyle devam eder. Kademeli elemanlar alanında, ana araştırma yönü, galyum arsenit'in bir veya birkaç bileşen olarak kullanılmasıdır. Bu tür elemanların dönüşüm verimliliği %35'tir.Elemanlar bir bataryaya bağlanır, çünkü teknik yetenekler büyük boyutta (dolayısıyla güç) ayrı bir elemanın üretilmesine izin vermez.

Güneş pilleri uzun süre çalışabilir. Onlar için asıl tehlikenin silikon elementlerin aşınmasına yol açan meteorik toz ve radyasyon olduğu uzayda test edilmiş, istikrarlı ve güvenilir bir enerji kaynağı olarak kendilerini kanıtlamışlardır. Ancak, Dünya'da bu faktörlerin onlar üzerinde bu kadar olumsuz bir etkisi olmadığı için, elemanların hizmet ömrünün daha da uzun olacağı varsayılabilir.

Güneş panelleri, cep telefonlarından elektrikli araçlara kadar çeşitli cihazlar için bir güç kaynağı olarak zaten insanın hizmetindedir.

Ve bu, zaten insanın, sınırsız güneş enerjisini kendi iyiliği için çalışmaya zorlayarak engellemeye yönelik ikinci girişimidir. İlk girişim, güneşin konsantre ışınlarıyla suyu kaynama noktasına kadar ısıtarak elektriğin üretildiği güneş kollektörleri oluşturmaktı.

Güneş pillerinin avantajı, doğrudan elektrik üretmeleri, çok aşamalı güneş kollektörlerinden çok daha az enerji kaybetmeleri, bunu elde etme sürecinin güneş ışınlarının konsantrasyonu, su ısıtma, bir buhar türbinini döndüren buhar üretme ile ilişkili olduğu ve ancak bundan sonra bir jeneratör tarafından elektrik üretilir. Güneş panellerinin ana parametreleri - her şeyden önce güç

O zaman ne kadar enerjiye sahip oldukları önemlidir.

Bu parametre pillerin kapasitesine ve sayılarına bağlıdır. Üçüncü parametre, cihazların eşzamanlı olarak mümkün olan bağlantılarının sayısı anlamına gelen en yüksek güç tüketimidir.Diğer bir önemli parametre, ek ekipman seçimini belirleyen anma gerilimidir: invertör, güneş paneli, kontrolör, akü.

Avantajlar ve dezavantajlar

Güneş panellerinin de diğer cihazlar gibi kendine göre avantaj ve dezavantajları vardır. Bu sistemlerin şüphesiz avantajları şunları içerir:

• Özerk çalışma olasılığı, sabit elektrik ağlarından önemli bir mesafede uzaktaki nesnelerin, elektronik cihazların ve aydınlatmanın güç kaynağını düzenlemenizi sağlar.
• Çalışma sırasında önemli maliyet tasarrufu. Elektriğe dönüşen güneş ışığının hiçbir maliyeti yoktur ve ek maliyet gerektirmez. Sadece periyodik değişim gerektiren inverterler ve piller için ödeme yapmanız gerekir. Ve bu durumda bile güneş panelleri ortalama 25-30 yıllık garanti süresi ile yaklaşık 10 yılda kendini amorti edecektir. Tüm çalışma kurallarına uyarsanız, piller daha da uzun süre dayanabilir.
• Yakıt tüketen ve çevreyi kirleten geleneksel enerji santralleri ile karşılaştırıldığında, güneş paneli işletim şeması çevre dostu ve gürültüsüzdür.

Bununla birlikte, bu cihazların ön hesaplamalarda önceden dikkate alınması gereken ciddi dezavantajları da vardır:

• Sadece panellerin değil, aynı zamanda ek bileşenlerin de yüksek maliyeti - invertörler, kontrolörler, piller.
• Geri ödeme çok uzun sürüyor. Para uzun süre dolaşımdan çekilir.
• Fotovoltaik hücreli güneş sistemleri çok fazla alan gerektirir.Oldukça sık, bu amaçlar için, sadece tüm çatıyı değil, aynı zamanda tasarım tasarım çözümlerini ciddi şekilde ihlal eden binanın duvarlarını da kullanmak gerekir. Bazı durumlarda tüm odayı kaplayabilen büyük kapasiteli piller için ek alana ihtiyaç vardır.
• Elektrik üretme süreci, günün saatine bağlı olarak eşit olmayan bir şekilde gerçekleşir. Bu dezavantaj, gün boyunca elektrik biriktiren ve geceleri tüketicilere veren şarj edilebilir pillerle telafi edilir.

Hafif elemanların temeli olarak transistörler

Transistörler, içlerinde elektrik üretmek için kullanılacak oldukça büyük bir silikon yarı iletken elemana sahip oldukları için amacımız için uygundur. KT veya P gibi transistörleri tercih etmek en iyisidir.

İşe başlıyoruz. Her şeyden önce, gerekli sayıda radyo bileşeninden metal kapağı kestik. Transistörü bir mengeneye sıkıştırırsanız ve bir demir testeresi ile dikkatlice keserseniz bunu yapmak daha kolaydır. İçeride bir tabak göreceksiniz. Bu, gelecekteki cihazımızın ana parçasıdır. Bizim için fotosel görevi görecek.

Parçanın üç kontağı olacaktır: taban, yayıcı ve toplayıcı. Montaj sırasında, en yüksek potansiyel farkı nedeniyle kollektör bağlantısını seçin.

Kendin yap montajı, herhangi bir dielektrik malzemeden düz bir yüzey üzerinde en iyi şekilde yapılır.

Güneş panelleri oluştururken kullanacağınız transistörler çalışmadan önce kontrol edilmelidir. Bu amaçlar için basit bir multimetre alıyoruz.Cihazı mevcut ölçüm moduna geçirmek, taban ile transistörün toplayıcı veya vericisi arasında açmak gerekir. Göstergeyi kaldırıyoruz - genellikle cihaz küçük bir akım gösteriyor - bir miliamperin kesirleri, daha az sıklıkla 1 mA'dan biraz fazla. Ardından, cihazı voltaj ölçüm moduna geçiriyoruz (1-3 V limiti) ve çıkış voltajının değerini alıyoruz (bir voltun yaklaşık onda biri kadar olacak). Çıkış voltajlarının yakın değerlerine sahip transistörlerin gruplandırılması arzu edilir.

Montaj

Güneş panelleri, fotosellerin kuvvetli rüzgar, yağmur veya kar gibi olumsuz hava koşullarına dayanma kabiliyetini belirleyen ve aynı zamanda doğru eğim açısının oluşmasına katkıda bulunan özel bir yapı üzerine monte edilir.

Bu tasarım aşağıdaki versiyonlarda satılmaktadır:

• eğimli - bu tür sistemler eğimli bir çatıya kurulum için idealdir;
• yatay - bu tasarım düz çatılara bağlanır;
• bağımsız - bu tip piller, çeşitli tip ve boyutlarda çatılara monte edilebilir.

Pil takma işleminin asıl işlemi aşağıdaki şemaya göre gerçekleştirilir:

panel çerçevesini sabitlemek için 50x50 mm boyutunda metal kareler ve ayrıca ara kirişler için kullanılan 25x25 mm kareler gereklidir.

Bu parçaların varlığı, destekleyici yapının gerekli mukavemetini ve güvenilir stabilitesini elde etmeyi mümkün kılar ve ayrıca gerekli eğim derecesini verir;
çerçeveyi monte etmeniz gerekiyor, bunun için 6 ve 8 m boyutlarında cıvatalara ihtiyacınız var;
yapı çatının altına 12 mm saplamalarla sabitlenir;
hazırlanan karelerde küçük delikler oluşturulur, içlerine paneller sabitlenir ve daha güçlü yapışma için vidalar kullanılmalıdır;
kurulum çalışmaları sırasında çerçeveye özel dikkat gösterilmelidir - içinde herhangi bir bozulma olmamalıdır. Aksi takdirde sistemde aşırı gerilim oluşarak camın çatlamasına neden olabilir.

Sundurmaya veya balkona güneş enerjisi ve ışık kaynaklarının montajı benzer bir şemaya göre gerçekleşir. Tek istisna, çerçevenin eğimli bir düzlem üzerine monte edilmesidir. Binanın ana taşıyıcı duvarı ile binanın sonu arasına, her zaman güneşli tarafa monte edilir. Her türden güneş panelinin kendi kendine montajı ve montajı, inşaat işlerinde deneyim gerektirmez, ancak yine de bazı kurulum becerileri gerekli olacaktır. İsterseniz, kurulumu kendiniz güvenle yapabilirsiniz, ancak bundan önce palet yükleme özellikleri hakkında özel literatürü okumak ve İnternette bulunan ana sınıfları incelemek ve elbette stokta bulunmak güzel olurdu. gerekli araçlar.

Kendi ellerinizle çalışmanın avantajları açıktır - bu, gelecekte ihtiyaç duyabileceğiniz muazzam deneyimin yanı sıra uzmanların hizmetlerinde çok para tasarrufu sağlar. Aynı zamanda, kişisel yetenekler yeterli değilse, o zaman sadece zaman kaybetmekle kalmaz, aynı zamanda panellerin kırılmasına veya düşük verimlerine de neden olabilirsiniz.

özellikler

Bugün, fotovoltaik polikristallere dayalı piller en yaygın kullanılanlardır.Bu tür modeller, optimal bir maliyet ve salınan enerji miktarı kombinasyonu ile ayırt edilirler, zengin bir mavi renk ve ana elementlerin kristal yapısı ile karakterize edilirler. Kurulumu çok kolaydır, çünkü çok fazla iş tecrübesi olmayan bir usta bile kendi özel evinde ve yazlık evlerinde kurulumlarıyla başa çıkabilir. Monokristal fotovoltaik paneller ikinci en popüler olanlardır.

Amorf silikon kullanılarak yapılan güneş pilleri oldukça düşük verim ile karakterize edilir. Bununla birlikte, fiyatları analogların maliyetinden biraz daha düşüktür, bu nedenle model kır evi sahipleri arasında talep görmektedir. Şu anda, bu tür ürünler pazarın% 85'ini oluşturuyor. Yüksek güç ve kadmiyum tellür modifikasyonları ile övünemezler; üretimleri yüksek teknolojili bir film tekniğine dayanmaktadır: dayanıklı bir yüzeye ince bir tabaka halinde birkaç yüz mikrometre madde uygulanır. Ürünün çok düşük bir verimlilik seviyesinde gücünün oldukça yüksek olması dikkat çekicidir.

Güneş enerjisiyle çalışan piller için başka bir seçenek de CIGS yarı iletken tabanlı çeşitlerdir. Önceki versiyon gibi, film teknolojisi kullanılarak üretilirler, ancak verimleri çok daha yüksektir. Ayrı olarak, güneş ısısı ve ışık kaynaklarının çalışma mekanizması üzerinde durmaya değer. Ana şey, üretilen toplam enerji miktarının hiçbir şekilde cihazın verimlilik derecesine bağlı olamayacağını açıkça anlamaktır, çünkü genellikle bu tür cihazların tüm türleri yaklaşık olarak aynı gücü sağlar.Ana fark, maksimum verimliliğe sahip panellerin montajı için daha az yer gerektirmesidir.

Güneş panelleri aşağıdaki avantajlara sahiptir:

• kurulumun çevre dostu olması;
• panellerin operasyonel özelliklerinin sürekli olarak yüksek kaldığı uzun kullanım süresi;
• teknolojiler nadiren bozulur, bu nedenle servis ve bakıma ve ayrıca pahalı onarımlara ihtiyaç duymazlar;
• güneş enerjisine dayalı pillerin kullanılması, evdeki elektrik ve gaz maliyetini azaltmanıza olanak tanır;
• güneş panellerinin kullanımı son derece kolaydır.

Bununla birlikte, dezavantajları da yoktu, en önemlileri arasında şunlar vardı:

• yüksek sahne panelleri;
• pilden alınan enerji ile geleneksel kaynaklardan elde edilen enerjiyi etkin bir şekilde senkronize etmek için çeşitli ek ekipmanların kurulması ihtiyacı;
• paneller, yüksek güç gerektiren bu tür cihazlarla temas halinde kullanılamaz.

9. Kuantum noktalı güneş pillerinin özellikleri

Yakın geleceğin umut vaat eden son pil türü, fiziksel kuantum noktalarının özellikleri üzerine inşa edilmiştir - belirli bir malzemede yarı iletkenlerin mikroskobik inklüzyonları. Geometrik olarak, bu "noktalar" boyut olarak birkaç nanometredir ve tüm güneş spektrumundan - IR, görünür ışık ve UV - radyasyon emilimini kapsayacak şekilde malzemede dağılmıştır.

Bu tür panellerin büyük bir avantajı, maksimum gündüz gücünün yaklaşık %40'ını üreterek geceleri bile çalışabilme yeteneğidir.

Fiziksel ve teknik özellikler, belgelendirme ve etiketleme

Güneş panellerinin hangi malzemeden yapıldığına bakılmaksızın, her biri aşağıdaki önemli özelliklerden birkaçına sahiptir:

• mekanik – geometrik parametreler, toplam ağırlık, çerçeve tipi, koruyucu cam, hücre sayısı, konektör tipi ve genişliği;
• elektrik veya volt amper - güç, açık devre voltajı, maksimum yükte akım gücü, bir bütün olarak panelin ve özellikle bireysel hücrelerin verimliliği;
• sıcaklık - belirli bir büyüklük birimindeki sıcaklıktaki artışla verimlilikteki değişiklik (genellikle - 1 derece);
• kalite – hizmet ömrü, hücre bozulma oranı, Bloomberg derecelendirme listelerinde yer alma;
• işlevsel - bakım ihtiyacı ve kolaylığı, kurulum / demontaj kolaylığı.

Endüstriyel güneş panelleri hangi malzemeden üretilirse üretilsin sertifikalandırılmalıdır. Asgari gereklilikler ISO, CE, TUV (uluslararası) ve/veya Gümrük Birliği (içinde satıldığında) kalite sertifikalarıdır.

Uluslararası etiketleme kuralları da zorunludur. Örneğin, kısaltma CHN-350M-72 aşağıdaki bilgileri içerir:

• CHN - üreticinin tanımlayıcısı (bu durumda Çin ChinaLand);
• 350 – watt cinsinden panel gücü;
• M – tek kristalli silikonun tanımı;
• 72 modüldeki fotovoltaik hücre sayısıdır.

Evde kendi elinizle güneş panelleri ne yapabilirsiniz?

Bu, aşağıdakileri gerektirir:

Önceden çizilmiş şema ve hesaplamalar.
Belirli sayıda prefabrik güneş pili - örneğin Aliexpress web sitesinde veya diğer çevrimiçi mağazalarda çevrimiçi satın almak için en ucuz olanlardır.

Tüm elemanların aynı elektriksel özelliklere sahip olmasına dikkat edin. Ahşap ve kontrplaktan yapılmış ev yapımı çerçeve - montaj kuralları netteki çok sayıda videoda görüntülenebilir

Yüzey koruyucu kaplama için pleksiglas veya pleksiglas.
Ahşap yüzeylerin işlenmesi için boyaya ve ısıya dayanıklı yapıştırıcı.
Hücreleri bağlamak için kontak şeritleri ve teller. İnternette çeşitli bağlantı yöntemlerinin şemaları da incelenebilir.
Havya ve lehim. Gelecekteki ürünü bozmamak için lehimleme çalışmaları çok dikkatli yapılmalıdır.
Prefabrik pili çerçeveye sabitlemek için silikon yapıştırıcı ve kendinden kılavuzlu vidalar.

Küçük bir pil yaklaşık 30-50$ yatırım gerektirirken, aynı kapasiteye sahip fabrika versiyonu sadece %10-20 daha fazlaya mal olacaktır.

Tabii ki, böyle bir ev yapımı tasarım 25 yıl sürmeyecek, tam teşekküllü bir güneş enerjisi santralinin gücüne sahip olmayacak ve önemli bir verimlilikle övünemeyecek. Ancak, maliyeti mümkün olduğunca az olacaktır.

Güneş pili cihazı

Güneş pilinin güneş ışığını akıma çevirebilmesi için aşağıdaki unsurlar gereklidir:

1. Yarı iletken rolünü oynayan bir fotovoltaik katman. Farklı iletkenliğe sahip iki malzeme katmanı ile temsil edilir. Burada elektronlar p (+) bölgesinden n (-) bölgesine hareket edebilmektedir. Buna p-n bağlantısı denir;
2. İki yarı iletken tabakası arasına, esasen elektronların geçişine engel olan bir eleman yerleştirilir;
3. Güç kaynağı. Elektron transferini engelleyen bir elemente bağlanmak gerekir. Yüklü elektronların hareketini dönüştürür, yani. elektrik akımı oluşturur.Akümülatör pili. Enerji biriktirir ve depolar;
4. Şarj kontrol cihazı. Ana işlevi, şarj seviyesine göre güneş pilini bağlamak ve bağlantısını kesmektir. Daha karmaşık cihazlar maksimum güç seviyesini kontrol edebilir;
5. DC'den AC'ye dönüştürücü (inverter);
6. Gerilim dengeleyici. Güneş pili sistemini güç dalgalanmalarından korur.