نحوه چیدمان و عملکرد صفحات خورشیدی اصل عملکرد، دستگاه و انواع پنل های خورشیدی

تبدیل کارآمد پرتوهای آزاد خورشید به انرژی که می تواند برای تامین انرژی مسکن و سایر امکانات مورد استفاده قرار گیرد، رویای گرامی بسیاری از طرفداران انرژی سبز است.

اما اصل کارکرد باتری خورشیدی و کارایی آن به حدی است که هنوز نمی توان از راندمان بالای چنین سیستم هایی صحبت کرد. خوب است که منبع برق اضافی خود را تهیه کنید. مگه نه؟ علاوه بر این، امروزه در روسیه با کمک پنل های خورشیدی برق "رایگان" با موفقیت به تعداد قابل توجهی از خانوارهای خصوصی عرضه می شود. هنوز مطمئن نیستید از کجا شروع کنید؟

در زیر در مورد دستگاه و اصول عملکرد پنل خورشیدی به شما خواهیم گفت، خواهید آموخت که کارایی منظومه شمسی به چه چیزی بستگی دارد. و فیلم های ارسال شده در مقاله به شما کمک می کند تا یک پنل خورشیدی را از فتوسل ها با دست خود جمع کنید.

در موضوع "انرژی خورشیدی" نکات ظریف و سردرگمی زیادی وجود دارد. درک همه اصطلاحات ناآشنا در ابتدا برای مبتدیان اغلب دشوار است. اما بدون این، شرکت در انرژی خورشیدی، دستیابی به تجهیزاتی برای تولید جریان "خورشیدی" غیر منطقی است.

از روی ناآگاهی، نه تنها می توانید پنل اشتباهی را انتخاب کنید، بلکه به سادگی آن را هنگام اتصال بسوزانید یا انرژی بسیار کمی از آن استخراج کنید.

حداکثر بازده پانل خورشیدی را می توان تنها با دانستن نحوه عملکرد آن، از چه اجزا و مجموعه هایی و نحوه اتصال صحیح آن به دست آورد.

ابتدا باید انواع تجهیزات موجود برای انرژی خورشیدی را درک کنید. پنل های خورشیدی و کلکتورهای خورشیدی دو دستگاه اساساً متفاوت هستند. هر دوی آنها انرژی پرتوهای خورشید را تبدیل می کنند.

اما در حالت اول مصرف کننده انرژی الکتریکی را در خروجی دریافت می کند و در حالت دوم انرژی گرمایی را به صورت خنک کننده گرم شده دریافت می کند.

نکته دوم مفهوم اصطلاح "باتری خورشیدی" است. معمولاً کلمه "باتری" به وسیله ای اطلاق می شود که برق را ذخیره می کند. یا یک رادیاتور گرمایش پیش پا افتاده به ذهن می رسد. با این حال، در مورد باتری های خورشیدی، وضعیت کاملا متفاوت است. آنها چیزی جمع نمی کنند.

پنل خورشیدی یک جریان الکتریکی ثابت تولید می کند. برای تبدیل آن به یک متغیر (مورد استفاده در زندگی روزمره)، باید یک اینورتر در مدار وجود داشته باشد

پنل های خورشیدی فقط برای تولید برق طراحی شده اند. به نوبه خود برای تامین برق خانه در شب ، هنگامی که خورشید در زیر افق غروب می کند ، در باتری هایی که علاوه بر این در طرح منبع تغذیه تاسیسات وجود دارند ، جمع می شود.

باتری در اینجا در چارچوب مجموعه خاصی از همان نوع قطعات است که در چیزی مونتاژ شده اند. در واقع، این فقط یک پانل از چندین فتوسل یکسان است.

ساختار داخلی باتری خورشیدی

به تدریج پنل های خورشیدی ارزان تر و کارآمدتر می شوند. اکنون از آنها برای شارژ باتری در لامپ های خیابانی، گوشی های هوشمند، خودروهای الکتریکی، خانه های شخصی و ماهواره ها در فضا استفاده می شود. از این میان، آنها حتی شروع به ساخت نیروگاه های خورشیدی کامل (SPS) با حجم تولید بزرگ کردند.

باتری خورشیدی از سلول های فتوولتائیک زیادی (مبدل های فتوولتائیک پی وی سی) تشکیل شده است که انرژی فوتون های خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کند.

هر باتری خورشیدی به عنوان یک بلوک از تعداد معینی از ماژول ها مرتب شده است که فتوسل های نیمه هادی متصل به سری را ترکیب می کنند. برای درک اصول عملکرد چنین باتری، لازم است عملکرد این پیوند نهایی در دستگاه پانل خورشیدی، که بر اساس نیمه هادی ها ایجاد شده است، درک شود.

انواع بلورهای سلول خورشیدی

تعداد زیادی گزینه FEP از عناصر شیمیایی مختلف وجود دارد. با این حال، بیشتر آنها در مراحل اولیه توسعه هستند. در مقیاس صنعتی، تاکنون تنها پانل‌هایی از فتوسل‌های مبتنی بر سیلیکون تولید شده‌اند.

نیمه هادی های سیلیکونی در ساخت سلول های خورشیدی استفاده می شوند، زیرا به دلیل هزینه پایین آنها، نمی توانند از راندمان بالایی برخوردار باشند.

یک سلول خورشیدی معمولی در یک صفحه خورشیدی صفحه نازکی از دو لایه سیلیکون است که هر یک از آنها خواص فیزیکی خاص خود را دارند. این یک اتصال کلاسیک p-n نیمه هادی با جفت الکترون-حفره است.

وقتی فوتون‌ها به FEP بین این لایه‌های نیمه‌رسانا برخورد می‌کنند، به دلیل ناهمگنی کریستال، یک دریچه photo-emf تشکیل می‌شود که در نتیجه اختلاف پتانسیل و جریان الکترونی ایجاد می‌شود.

ویفرهای سیلیکونی فتوسل ها در فناوری ساخت متفاوت هستند:

1. تک کریستالی.
2. پلی کریستال.

اولی راندمان بالاتری دارند، اما هزینه تولید آنها بیشتر از دومی است. از نظر بیرونی، یک گزینه از دیگری در یک پنل خورشیدی را می توان با شکل متمایز کرد.

سلول های خورشیدی تک کریستالی ساختاری همگن دارند، آنها به شکل مربع با گوشه های بریده ساخته می شوند. در مقابل، عناصر پلی کریستالی شکل کاملاً مربعی دارند.

پلی کریستال ها با سرد کردن تدریجی سیلیکون مذاب به دست می آیند. این روش بسیار ساده است، بنابراین چنین فتوسل‌هایی ارزان هستند.

اما بهره وری آنها از نظر تولید برق از پرتوهای خورشیدی به ندرت از 15 درصد فراتر می رود. این به دلیل "ناخالصی" ویفرهای سیلیکونی به دست آمده و ساختار داخلی آنها است. در اینجا، هرچه لایه p سیلیکون خالص‌تر باشد، بازده سلول خورشیدی از آن بالاتر است.

خلوص تک بلورها از این نظر بسیار بیشتر از همتاهای پلی کریستالی است. آنها نه از مذاب، بلکه از کریستال سیلیکون جامد که به طور مصنوعی رشد کرده اند ساخته شده اند. ضریب تبدیل فوتوالکتریک چنین سلول های خورشیدی در حال حاضر به 20-22٪ می رسد.

در یک ماژول معمولی، فتوسل‌های جداگانه روی یک قاب آلومینیومی مونتاژ می‌شوند و برای محافظت از آن‌ها از بالا با شیشه‌ای بادوام پوشانده می‌شوند که به هیچ وجه با اشعه‌های خورشید تداخل نمی‌کند.

لایه بالایی صفحه فوتوسل رو به خورشید از همان سیلیکون ساخته شده است، اما با افزودن فسفر. این دومی است که منبع الکترون های اضافی در سیستم اتصال p-n خواهد بود.

اصل کار پنل خورشیدی

هنگامی که نور خورشید روی یک فوتوسل می افتد، جفت الکترون-حفره غیرتعادلی در آن ایجاد می شود. الکترون های اضافی و "حفره ها" تا حدی از طریق اتصال p-n از یک لایه نیمه هادی به لایه دیگر منتقل می شوند.

در نتیجه، ولتاژ در مدار خارجی ظاهر می شود. در این حالت، یک قطب مثبت منبع جریان روی تماس لایه p و یک قطب منفی روی لایه n تشکیل می شود.

اختلاف پتانسیل (ولتاژ) بین کنتاکت‌های فتوسل به دلیل تغییر در تعداد سوراخ‌ها و الکترون‌ها از طرف‌های مختلف اتصال p-n در نتیجه تابش لایه n با نور خورشید ظاهر می‌شود.

فتوسل های متصل به یک بار خارجی به شکل باتری یک دایره باطل را با آن تشکیل می دهند. در نتیجه، پنل خورشیدی مانند نوعی چرخ عمل می‌کند که الکترون‌ها با هم حرکت می‌کنند. و باتری به تدریج شارژ می شود.

مبدل های فتوولتائیک سیلیکونی استاندارد سلول های تک اتصالی هستند. جریان الکترون ها به درون آنها فقط از طریق یک پیوند p-n با ناحیه ای از این انتقال از نظر انرژی فوتون محدود است.

یعنی هر فتوسل از این قبیل فقط از طیف باریکی از تابش خورشیدی قادر به تولید الکتریسیته است. تمام انرژی های دیگر هدر می رود. به همین دلیل است که کارایی FEP بسیار پایین است.

برای افزایش کارایی باتری های خورشیدی، اخیراً عناصر نیمه هادی سیلیکونی برای آنها چند اتصالی (آبشاری) ساخته شده است. در حال حاضر چندین انتقال در FEP های جدید وجود دارد. علاوه بر این، هر یک از آنها در این آبشار برای طیف خاص خود از نور خورشید طراحی شده اند.

بازده کل تبدیل فوتون ها به جریان الکتریکی در چنین فتوسل ها در نهایت افزایش می یابد. اما قیمت آنها بسیار بالاتر است. در اینجا، یا سهولت ساخت با هزینه کم و راندمان کم، یا بازدهی بیشتر، همراه با هزینه بالا.

باتری خورشیدی می تواند هم در تابستان و هم در زمستان کار کند (نیاز به نور دارد، نه گرما) - هرچه ابری کمتر و نور خورشید بیشتر بتابد، پنل خورشیدی بیشتر جریان الکتریکی تولید می کند.

در حین کار، فتوسل و کل باتری به تدریج گرم می شوند. تمام آن انرژی که برای تولید جریان الکتریکی نرفته است به گرما تبدیل می شود. اغلب دمای سطح یک پنل خورشیدی به 50-55 0 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. اما هر چه بیشتر باشد، سلول فتوولتائیک کارایی کمتری دارد.

در نتیجه همان مدل باتری خورشیدی در گرما نسبت به سرما جریان کمتری تولید می کند. فوتوسل ها حداکثر کارایی را در یک روز صاف زمستانی نشان می دهند. دو عامل وجود دارد - آفتاب زیاد و خنک کننده طبیعی.

علاوه بر این، اگر برف روی پانل ببارد، به هر حال به تولید برق ادامه خواهد داد. علاوه بر این ، دانه های برف حتی وقت ندارند روی آن دراز بکشند ، زیرا از گرمای فتوسل های گرم ذوب شده اند.

کارایی باتری های خورشیدی

یک فتوسل، حتی در ظهر در هوای صاف، الکتریسیته بسیار کمی تولید می کند، فقط برای کار با چراغ قوه LED کافی است.

برای افزایش توان خروجی، چندین سلول خورشیدی به صورت موازی برای افزایش ولتاژ ثابت و به صورت سری برای افزایش جریان ترکیب می شوند.

کارایی پنل های خورشیدی به موارد زیر بستگی دارد:

• دمای هوا و خود باتری؛
• انتخاب صحیح مقاومت بار؛
• زاویه تابش پرتوهای خورشید؛
• وجود / عدم وجود پوشش ضد انعکاس؛
• قدرت خروجی نور

هرچه دمای بیرون پایین تر باشد، فتوسل ها و باتری خورشیدی به طور کلی کارآمدتر هستند. اینجا همه چیز ساده است. اما با محاسبه بار، وضعیت پیچیده تر می شود. باید بر اساس خروجی فعلی پانل انتخاب شود. اما ارزش آن بسته به عوامل آب و هوایی متفاوت است.

پنل های خورشیدی با انتظار ولتاژ خروجی مضربی از 12 ولت تولید می شوند - اگر قرار است 24 ولت به باتری عرضه شود، باید دو پنل به صورت موازی به آن وصل شوند.

نظارت مداوم بر پارامترهای باتری خورشیدی و تنظیم دستی عملکرد آن مشکل ساز است. برای این کار بهتر است از کنترلر استفاده کنید که به طور خودکار تنظیمات خود پنل خورشیدی را تنظیم می کند تا حداکثر کارایی و حالت های عملکرد بهینه از آن حاصل شود.

زاویه ایده آل تابش پرتوهای خورشید به سلول خورشیدی مستقیم است. با این حال، زمانی که 30 درجه از عمود منحرف شود، بازده پانل تنها حدود 5٪ کاهش می یابد. اما با افزایش بیشتر در این زاویه، نسبت فزاینده ای از تابش خورشید منعکس می شود و در نتیجه کارایی سلول خورشیدی کاهش می یابد.

اگر باتری برای تولید حداکثر انرژی در تابستان مورد نیاز است، باید آن را عمود بر موقعیت متوسط ​​خورشید که در اعتدال در بهار و پاییز اشغال می کند، جهت گیری کرد.

برای منطقه مسکو، این تقریباً 40-45 درجه به افق است. اگر حداکثر در زمستان مورد نیاز باشد، پانل باید در موقعیت عمودی تری قرار گیرد.

و یک چیز دیگر - گرد و غبار و خاک عملکرد فتوسل ها را تا حد زیادی کاهش می دهد. فوتون ها از طریق چنین سد "کثیفی" به سادگی به آنها نمی رسند، به این معنی که چیزی برای تبدیل به برق وجود ندارد. پانل ها باید به طور منظم شسته شوند یا طوری قرار داده شوند که گرد و غبار به خودی خود توسط باران شسته شود.

برخی از پنل‌های خورشیدی دارای عدسی‌های داخلی برای تمرکز تابش بر روی سلول خورشیدی هستند. در هوای صاف، این منجر به افزایش کارایی می شود. با این حال، با ابری شدید، این لنزها فقط آسیب می رسانند.

اگر یک پانل معمولی در چنین شرایطی همچنان به تولید جریان ادامه دهد، البته در حجم های کمتر، آنگاه مدل لنز تقریباً به طور کامل از کار می افتد.

پانل ها باید طوری نصب شوند که درختان، ساختمان ها و سایر موانع در مسیر تابش اشعه خورشید وجود نداشته باشد.

طرح منبع تغذیه خانه از خورشید

سیستم تامین برق خورشیدی شامل:

1. پنل های خورشیدی.
2. کنترل کننده.
3. باتری ها

کنترلر در این مدار هم از پنل های خورشیدی و هم از باتری محافظت می کند. از یک طرف از جریان جریان معکوس در شب و هوای ابری جلوگیری می کند و از طرف دیگر باتری ها را از شارژ/دشارژ بیش از حد محافظت می کند.

باتری های قابل شارژ برای پانل های خورشیدی باید با همان سن و ظرفیت انتخاب شوند، در غیر این صورت شارژ / تخلیه به طور ناهموار اتفاق می افتد که منجر به کاهش شدید عمر مفید آنها می شود.

یک اینورتر برای تبدیل جریان مستقیم 12، 24 یا 48 ولت به 220 ولت متناوب مورد نیاز است. باتری های خودرو به دلیل عدم توانایی در تحمل شارژ مکرر برای استفاده در این طرح توصیه نمی شوند. بهتر است پول خرج کنید و باتری های هلیوم AGM یا پرکننده OPzS مخصوص بخرید.

نتیجه گیری و فیلم مفید در مورد موضوع

درک اصول عملکرد و طرح های اتصال پانل های خورشیدی چندان دشوار نیست. و با مواد ویدئویی که در زیر جمع آوری کرده ایم، درک تمام پیچیدگی های عملکرد و نصب پنل های خورشیدی حتی آسان تر خواهد بود.

نحوه عملکرد باتری خورشیدی فتوولتائیک با تمام جزئیات قابل دسترس و قابل درک است:

نحوه کار پنل های خورشیدی:

مونتاژ پنل خورشیدی از فتوسل با دستان خود:

هر عنصر در سیستم منبع تغذیه خورشیدی کلبه باید به درستی انتخاب شود. تلفات برق اجتناب ناپذیر در باتری ها، ترانسفورماتورها و کنترلرها رخ می دهد. و آنها باید به حداقل کاهش یابند، در غیر این صورت بازده نسبتاً کم پنل های خورشیدی به طور کلی به صفر می رسد.

در سال های اخیر، به اصطلاح "انرژی جایگزین" به طور فزاینده ای محبوب شده است. توجه ویژه ای به استفاده از تابش خورشیدی می شود. این کاملا طبیعی است، زیرا اگر عنصری ایجاد کنید که بتواند پرتوهای نور را به الکتریسیته تبدیل کند، می توانید یک منبع انرژی تمام نشدنی رایگان دریافت کنید. و چنین عنصری ایجاد شد. آن را "فوتوسل خورشیدی" یا "باتری خورشیدی" می نامند، و نحوه عملکرد باتری خورشیدی بسیار ساده است.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

نکته اصلی این است که فتوولتائیک ها را با کلکتورهای خورشیدی اشتباه نگیرید (هر دو اغلب به عنوان "پانل های خورشیدی" نامیده می شوند). اگر اصل کار کلکتورها بر پایه گرم کردن مایع خنک کننده باشد، فتوسل ها مستقیماً برق تولید می کنند. کار آنها بر اساس اثر فوتوالکتریک است که شامل تولید جریان تحت تأثیر نور خورشید در مواد نیمه هادی است.

نیمه هادی ها به موادی نیز گفته می شود که اتم های آنها یا دارای تعداد زیادی الکترون (نوع n) هستند یا برعکس فاقد آنها هستند (نوع p). و آن نواحی از ساختار عناصر p که در آن الکترون‌ها به طور بالقوه می‌توانستند، «حفره» نامیده می‌شوند. بر این اساس، یک فتوسل مبتنی بر نیمه هادی از دو لایه با انواع رسانایی مختلف تشکیل شده است.

پنل های خورشیدی چگونه با چنین ساختاری کار می کنند؟ به روش زیر. لایه داخلی عنصر از یک نیمه هادی p و لایه بیرونی که بسیار نازک تر است از یک نیمه هادی n ساخته شده است. در مرز لایه ها، به اصطلاح "منطقه اتصال p-n" ظاهر می شود که به دلیل تشکیل بارهای مثبت حجمی در لایه n و بارهای منفی در لایه p تشکیل شده است.

در این حالت، یک مانع انرژی خاص در منطقه انتقال ایجاد می شود که ناشی از تفاوت در پتانسیل بارها است. از نفوذ حامل های شارژ اصلی جلوگیری می کند، اما آزادانه از حامل های جزئی و در جهت مخالف عبور می کند. تحت تأثیر نور خورشید، بخشی از فوتون ها توسط سطح عنصر جذب می شود و جفت های "حفره-الکترون" اضافی تولید می کند. یعنی الکترون ها و حفره ها از یک نیمه هادی به نیمه هادی دیگر حرکت می کنند و بار منفی یا مثبت اضافی را به آنها منتقل می کنند. در این حالت اختلاف پتانسیل اولیه بین لایه های n و p کاهش می یابد و جریان الکتریکی در مدار خارجی ایجاد می شود.

ویژگی های ساختار

بسیاری از فتوسل های مدرن تنها یک اتصال p-n دارند. در این مورد، حامل‌های بار آزادانه تنها توسط فوتون‌هایی تولید می‌شوند که انرژی آنها بزرگ‌تر یا برابر با عرض "منطقه ممنوعه" در مرز انتقال است. این بدان معناست که فوتون‌های با مقدار انرژی کمتر به سادگی استفاده نمی‌شوند، که به نوبه خود کارایی سلول را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. برای غلبه بر این محدودیت، ساختارهای نوری چند لایه (اغلب چهار لایه) ایجاد شد.

آنها به شما این امکان را می دهند که از بخش بسیار بیشتری از طیف خورشیدی استفاده کنید و عملکرد بالاتری داشته باشید. علاوه بر این، فتوسل‌ها به گونه‌ای چیده شده‌اند که پرتوها ابتدا روی انتقال با وسیع‌ترین شکاف نواری می‌افتند. در همان زمان، فوتون‌های «پر انرژی» بیشتری جذب می‌شوند، در حالی که فوتون‌های با ذخیره انرژی کمتر عمیق‌تر می‌شوند و بقیه عناصر را تحریک می‌کنند.

پنل های خورشیدی چیست؟

سلول های خورشیدی، که اصل عملکرد آنها بر اساس اثر فوتوالکتریک است، برای مدت طولانی ایجاد شده اند. مشکل اصلی در تولید آنها در انتخاب موادی است که قادر به تولید جریان به اندازه کافی قدرتمند هستند. اولین آزمایش‌ها با سلول‌های سلنیوم انجام شد، اما کارایی آنها بسیار کم بود (حدود 1٪). امروزه سیلیکون به طور عمده در فتوسل ها استفاده می شود، بهره وری این دستگاه ها حدود 22 درصد است. علاوه بر این، انواع جدیدی از سلول ها (به عنوان مثال، با استفاده از گالیم یا آرسنید ایندیم) با کارایی بالاتر به طور مداوم در حال توسعه هستند. حداکثر راندمان پنل های خورشیدی امروزه 44.7 درصد است.

اما چنین عناصری بسیار گران هستند و تاکنون فقط در شرایط آزمایشگاهی تولید می شوند. سلول های مبتنی بر سیلیکون تک کریستالی یا پلی کریستالی و همچنین عناصر لایه نازک به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. باتری های نوری تک کریستال گران تر هستند، اما عملکرد بالاتری دارند، در حالی که پلی کریستال ها ارزان تر هستند، اما به دلیل ساختار ناهمگن شان، کارایی کمتری دارند. در تولید سلول‌های لایه نازک، از کریستال‌ها استفاده نمی‌شود، بلکه از لایه‌های سیلیکونی که روی یک بستر انعطاف‌پذیر قرار گرفته‌اند، استفاده می‌شود.

بشر در همه زمان ها به دنبال استفاده حداکثری از مزایای طبیعت بوده است. گواه این موضوع اختراع پنل های خورشیدی است. اصل عملکرد پانل های خورشیدی بسیار ساده است. به لطف آنها بود که قبلاً ماشین حساب های ما بدون توجه به نوع و تعویض مکرر باتری ها در هر زمان از روز در تابستان و زمستان کار می کردند. جهان مدرن با استفاده از انرژی خورشیدی در زمینه ها و مقیاس های مختلف، از تبلت های واقعی گرفته تا هواپیما، مشخص می شود. این مقاله نحوه چیدمان باتری خورشیدی، انواع آن و اصل کارکرد را به شما اطلاع می دهد.

• کمی تاریخ
• طبقه بندی

کمی تاریخ

همانطور که می دانید باتری خورشیدی اولین اختراعی نیست که از انرژی فراگیر خورشید به عنوان جایگزینی برای انرژی الکتریکی استفاده می کند. اولین تلاش ها برای استفاده از نور خورشید، نیروگاه های پایانه ای هستند که بیشتر به آنها "کلکتور" می گویند. اصل کار آنها گرم کردن آب تا 100 درجه سانتیگراد با کمک نور خورشید بود که منجر به تولید برق شد. کار کلکتورها شامل تبدیل انرژی چند مرحله ای بود: تجمع نور خورشید، جوشیدن مایع، تشکیل بخار، حرکت یک موتور بخار و تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی.

برخلاف کلکتور، یک باتری خورشیدی مستقیماً محصولات خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. همچنین باید به ویژگی باتری خورشیدی مانند استفاده از نور و نه گرما اشاره کرد که به شما امکان می دهد حتی در زمستان برق تولید کنید.

تا به امروز، اصل عملکرد این دستگاه ها بر اساس تبدیل عمل پرتوها به جریان الکتریکی (اثر فوتوالکتریک) با استفاده از نیمه هادی های ویژه است که کل باتری را تشکیل می دهد.

پیشگامان اثر فوتوالکتریک سه فیزیکدان برجسته هستند. پدیده چنین فرآیندی توسط یک فیزیکدان فرانسوی - الکساندر ادموند بکرل در سال 1839 توصیف شد. علاوه بر این، در سال 1873، اولین نیمه هادی برای انجام عمل اثر فوتوالکتریک توسط مهندس برق انگلیسی Willoughby Smith کشف شد. و اصل کار، طرح باتری خورشیدی با جزئیات بیشتری توضیح داده شد و قوانین کاشفان قبلی در سال 1905 توسط برنده جایزه نوبل مشهور جهانی آلبرت انیشتین تأیید شد.

تعریف و مبانی تبدیل انرژی

دستگاه باتری خورشیدی شامل یک صفحه مجهز به زنجیره ای از نیمه هادی های متصل (فوتوسل) است. سلول های فتوولتائیک وظیفه تبدیل نور خورشید به جریان الکتریکی را انجام می دهند. بنابراین برای درک اصل کارکرد این دستگاه باید اصول اولیه آن یعنی فتوسل ها را مطالعه کرد.

فوتوسل ها نیمه هادی هایی هستند که عمل کوانتوم های تابش الکترومغناطیسی را که فقط با سرعت نور قادر به حرکت هستند، به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. فرآیند این دگرگونی را اثر فوتوالکتریک می نامند که تحت تأثیر نور خورشید بر روی ساختارهای فتوسل ظاهر می شود. ویژگی ساختار در ناهمگونی است که با استفاده از آلیاژهای مواد مختلف و ناخالصی ها برای تغییر خواص آن از نظر فیزیک و شیمی ایجاد می شود.

برای صرفه جویی در قبوض برق، خوانندگان ما جعبه پس انداز برق را توصیه می کنند. پرداخت های ماهانه 30 تا 50 درصد کمتر از قبل از استفاده از ذخیره کننده خواهد بود. مولفه راکتیو را از شبکه حذف می کند که در نتیجه بار و در نتیجه مصرف جریان کاهش می یابد. وسایل برقی برق کمتری مصرف می کنند و هزینه پرداخت آن را کاهش می دهند.

همین ناخالصی ها انتقال منفی و مثبت (p-n) ایجاد می کنند که اساس عملکرد دو نیمه هادی و رسانایی بین آنها است. علاوه بر این روش که ناهمگونی ساختار فتوسل ها را تشکیل می دهد، از موارد زیر نیز استفاده می شود:

• ارتباط نیمه هادی ها در شکاف باند متفاوت است.
• تغییر ترکیب شیمیایی فتوسل به منظور تشکیل ساختار شکاف درجه بندی شده.
• ترکیبی از روش های فوق

تبدیل انرژی به طور مستقیم به خواص فیزیکی و الکتریکی ساختار و رسانایی الکتریکی نیمه هادی ها (فوتورسانایی) بستگی دارد. یک فتوسل از انواع مختلفی از الکترون ها و لایه های آنها تشکیل شده است. نوع منفی به عنوان الکترودی که بار روی آن ایجاد می شود عمل می کند و بر این اساس آند (گیرنده) این بار از نوع مثبت است. انباشته شدن انرژی خورشیدی به این صورت اتفاق می افتد: الکترون هایی که از لایه منفی بیرون می آیند تحت تاثیر نور خورشید آندها را دریافت می کنند. با خروج از لایه الکترون های مثبت، آنها به جای اصلی خود باز می گردند. اقدامات بعدی تکرار می شود. با توجه به آنچه انرژی خورشید در داخل دستگاه باقی می ماند.

طبقه بندی

بسته به مواد و روش ساخت، این نوع سلول های خورشیدی متمایز می شوند: سیلیکون و فیلم.

باتری های سیلیکونی دستگاه هایی هستند که ماده فعال اصلی آنها سیلیکون است. ویژگی سیلیکون در مقایسه با سایر مواد مورد استفاده برای ساخت این دستگاه‌ها، عملکرد بالایی دارد، بنابراین تقاضای زیادی برای آن وجود دارد. دستگاه های سیلیکونی با توجه به ساختارشان به سه زیرگونه تقسیم می شوند:

دستگاه های فیلم به انواع زیر تقسیم می شوند:

• بر اساس تلورید کادمیوم با استفاده از تکنولوژی فیلم؛
• بر اساس آلیاژ مس، ایندیم و سلنیوم، راندمان چنین دستگاه هایی 16-20٪ است.
• دستگاه های فیلم پلیمری ساخته شده از سلول های خورشیدی آلی، بازده آنها 5-6٪ است.

طرح اتصال پانل های خورشیدی شامل محاسبه بار و راه اندازی کنترل کننده شارژ است. ساده ترین طرح را می توان با استفاده از مثال یک چراغ باغ در نظر گرفت. چنین چراغ های باغی به دلیل روشنایی روشن مسیرها، چمن ها و زمین های شخصی به تدریج در حال گسترش هستند. در فصل زمستان، نور چراغ های باغی با انرژی خورشیدی کمتر از زمان های دیگر است. مدار در این مورد از یک عنصر حساس به نور، یک باتری ذخیره سازی، یک باتری خورشیدی تشکیل شده است.

تا به امروز، پیشرفت‌هایی برای تولید میدان‌های بزرگ صفحه‌های خورشیدی در قطب جنوب در حال انجام است. چنین نیروگاه هایی انرژی را در طول روز قطبی نیمه سالانه جمع می کنند که در مناطق شمالی - در تابستان و در جنوب - در زمستان اتفاق می افتد. انرژی خورشیدی جایگزین مناسبی برای جریان الکتریکی است، بنابراین دامنه کاربرد آن گسترده است. باتری هایی که با نور خورشید کار می کنند حتی برای ساخت فضاپیماها استفاده می شوند.

یکی از منابع انرژی تولید انرژی جایگزین از خورشید است. این نسبتاً اخیراً ظاهر شد، اما قبلاً به دلیل کارایی بالا و هزینه مناسب توانسته است در کشورهای اتحادیه اروپا محبوبیت پیدا کند.

باتری خورشیدی یک منبع تقریبا تمام نشدنی انرژی است که قادر به جمع آوری و تبدیل پرتوهای نور به انرژی و الکتریسیته است. در کشورهای مستقل مشترک المنافع، یک منبع انرژی جدید به تدریج تنها محبوبیت پیدا می کند. (به هر حال می توانید مقاله نحوه انتخاب پنل خورشیدی را مطالعه کنید.)

اجزاء

دو نوع اتصال وجود دارد:

• متوالی؛
• موازی.

تنها تفاوت این است که در اتصال موازی، جریان افزایش می یابد و به صورت سری، ولتاژ افزایش می یابد.

اگر نیاز به حداکثر عملکرد دو پارامتر در یک زمان وجود داشته باشد، از سریال موازی استفاده می شود.

اما باید در نظر داشت که بارهای زیاد می تواند باعث سوختن برخی از کنتاکت ها شود. برای جلوگیری از این امر از دیودها استفاده می شود.

یک دیود قادر است از یک چهارم فتوسل محافظت کند. اگر آنها در دستگاه نباشند، احتمال زیادی وجود دارد که کل منبع انرژی پس از اولین باران یا طوفان از کار بیفتد.

نکته مهم:نه انباشتگی و نه قدرت فعلی به هیچ وجه با پارامترهای احتمالی لوازم خانگی مدرن مطابقت ندارد، بنابراین لازم است برق را دوباره توزیع و انباشته کنیم.

برای انجام این کار، توصیه می شود حداقل دو مورد را نیز متصل کنید.یکی انباشته خواهد بود و دومی یدکی یا ذخیره.

در اینجا نمونه ای از عملکرد باتری های اضافی آورده شده است. هنگامی که هوای بیرون خوب و آفتابی است، شارژ به سرعت انجام می شود و پس از مدت کوتاهی انرژی اضافی وجود دارد.

بنابراین، کل این فرآیند توسط یک رئوستات ویژه کنترل می شود، که قادر است در یک لحظه خاص تمام الکتریسیته غیر ضروری را به ذخایر اضافی منتقل کند.

در این مقاله می توانید با نظرات صاحبان پنل های خورشیدی آشنا شوید:

اصل عملیات

اصل کارکرد یک منبع انرژی جایگزین چیست؟

اول اینکه سلول های خورشیدی ویفرهای سیلیکونی هستند. به نوبه خود، سیلیکون در ترکیب شیمیایی خود بیشترین شباهت را با سیلیکون خالص دارد. این تفاوت ظریف بود که باعث شد هزینه باتری خورشیدی کاهش یابد و آن از قبل روی نوار نقاله راه اندازی شود.

سیلیکون لزوماً متبلور است ، زیرا به خودی خود یک نیمه هادی است. تک بلورها بسیار ساده‌تر ساخته شده‌اند، اما چهره‌های زیادی ندارند، به همین دلیل الکترون‌ها می‌توانند در یک خط مستقیم حرکت کنند.

تقریباً 100٪ از تمام انرژی ای که در زندگی روزمره استفاده می کنیم انرژی خورشید است که به یک شکل تبدیل شده است. زغال سنگ گیاهان مرده ای هستند که به لطف فتوسنتز زندگی می کردند، روغن گیاهان و حیواناتی هستند که میلیون ها سال پیش از بین رفتند و به دلیل انرژی خورشید رشد کردند. حتی زمانی که هیزم را می سوزانید، انرژی خورشیدی را که چوب جذب کرده است، می دهید. در واقع هر نیروگاه حرارتی انرژی خورشیدی انباشته شده به شکل زغال سنگ، نفت، گاز و سایر فسیل ها را به الکتریسیته تبدیل می کند.

باتری خورشیدی به سادگی این کار را مستقیماً و بدون مشارکت "واسطه" انجام می دهد. الکتریسیته راحت ترین شکل استفاده از انرژی خورشیدی است. تمام زندگی بشر اکنون حول محور برق ساخته شده است و تصور تمدن بدون آن بسیار دشوار است. با وجود این واقعیت که اولین سلول های خورشیدی بیش از نیم قرن پیش ظاهر شدند، انرژی خورشیدی هنوز توزیع مناسبی پیدا نکرده است. چرا؟ در پایان مقاله بیشتر در مورد این موضوع وجود دارد، اما در حال حاضر بیایید بفهمیم که چگونه همه کار می کند.

همه چیز در مورد سیلیکون است

پنل های خورشیدی از سلول های کوچک تری به نام سلول های فتوولتائیک تشکیل شده اند که از سیلیکون ساخته شده اند.

پنل خورشیدی از چندین فتوسل تشکیل شده است.

مهم. سیلیکون رایج ترین نیمه هادی روی زمین است (حدود 30 درصد از کل پوسته زمین)

سیلیکون بین دو لایه رسانا قرار دارد.

"ساندویچ" از سیلیکون و لایه های رسانا

هر اتم سیلیکون با چهار پیوند قوی به همسایه خود متصل است که الکترون ها را در جای خود نگه می دارد، بنابراین هیچ جریانی نمی تواند جریان یابد.

ساختار اتم های سیلیکون

برای دریافت جریان، از دو لایه مختلف سیلیکون استفاده می شود:

• سیلیکون نوع N دارای الکترون اضافی است
• سیلیکون نوع P - مکان های اضافی برای الکترون ها (سوراخ ها)

سیلیکون نوع P و N

در جایی که دو نوع سیلیکون به هم متصل می شوند، الکترون ها می توانند از طریق اتصال P-N حرکت کنند و در یک طرف یک بار مثبت و در طرف دیگر یک بار منفی باقی بگذارند.

برای آسان‌تر شدن تصور، بهتر است نور را جریانی از ذرات (فوتون‌ها) در نظر بگیریم که چنان به سلول ما برخورد می‌کنند که یک الکترون را از پیوند خود می‌کوبد و حفره‌ای به جا می‌گذارد. الکترون با بار منفی و محل سوراخ با بار مثبت اکنون آزادانه حرکت می کنند، اما از آن زمان ما یک میدان الکتریکی در محل اتصال P-N داریم، آنها فقط در یک جهت حرکت می کنند. الکترون - به سمت رسانای N، سوراخ به سمت P - صفحه میل می کند.

پس از «رهایی»، الکترون به سمت رسانا گرایش پیدا می کند

تمام الکترون ها توسط هادی های فلزی در بالای سلول جمع آوری می شوند و به شبکه خارجی می روند، پانتوگراف ها، باتری های خورشیدی یا یک صندلی الکتریکی برای همستر :). پس از انجام کار، الکترون ها به سمت عقب صفحه باز می گردند و جای خود را در همان "سوراخ" می گیرند.

عملیات فوتوسل

یک صفحه استاندارد، 150x150 میلی متر، به طور اسمی تنها 0.5 ولت تولید می کند، اما اگر آنها را در یک پانل بزرگ ترکیب کنید، می توانید قدرت و ولتاژ بیشتری دریافت کنید. برای شارژ تلفن همراه باید 12 عدد از این صفحات را با هم ترکیب کنید. برای تامین برق خانه، باید بشقاب ها و پانل های بسیار بیشتری را خرج کنید.

با توجه به اینکه تنها قسمت متحرک سلول‌های فتوولتائیک الکترون‌ها هستند، پنل‌های خورشیدی نیازی به تعمیر و نگهداری ندارند و می‌توانند بین 20 تا 25 سال بدون فرسودگی یا شکستگی دوام بیاورند.

چرا انسان به طور کامل به انرژی خورشیدی روی نیاورده است؟

شما می توانید در مورد سیاست، تجارت و سایر تئوری های توطئه زیاد صحبت کنید، اما در چارچوب این مقاله می خواهم در مورد مشکلات دیگر صحبت کنم.

1. توزیع نابرابر انرژی خورشیدی در سطح سیاره. برخی از مناطق آفتابی تر از مناطق دیگر هستند و این نیز ناپایدار است. انرژی خورشیدی در روزهای ابری بسیار کمتر است و در شب اصلاً وجود ندارد. و برای تکیه کامل به انرژی خورشیدی، راه‌های کارآمد برای تولید برق برای همه مناطق مورد نیاز است.
2. بهره وری. در شرایط آزمایشگاهی نتیجه 46 درصد به دست آمد. اما سیستم های تجاری حتی 25 درصد راندمان را به دست نمی آورند.
3. ذخیره سازی. ضعیف ترین حلقه در انرژی خورشیدی فقدان روشی کارآمد و ارزان برای ذخیره برق تولید شده است. باتری های موجود سنگین هستند و کارایی یک منظومه خورشیدی ضعیف را به طور قابل توجهی کاهش می دهند. به طور کلی، ذخیره 10 تن زغال سنگ آسان تر و راحت تر از 46 مگاوات تولید شده توسط همان زغال سنگ یا خورشید است.
4. زیر ساخت. به منظور تغذیه کلان شهرها - مناطق پشت بام این شهرها برای برآورده کردن همه درخواست ها کافی نخواهد بود، بنابراین برای معرفی انرژی خورشیدی، انتقال انرژی ضروری است و برای این کار نیاز به ساخت تاسیسات انرژی جدید است.

ویدئویی در مورد نحوه ساخت پنل های خورشیدی.

در این ویدئو به طور کامل فرآیند ساخت پانل های خورشیدی پلی کریستالی، اصل عملکرد آنها در سیستم نیروگاه های خورشیدی، اصل عملکرد کنترل کننده شارژ و اینورتر توضیح داده شده است.