Energia słoneczna to najczystsze i najbardziej dostępne odnawialne źródło energii. Nowoczesna technologia może wykorzystać tę energię do różnych zastosowań, w tym do produkcji energii elektrycznej, dostarczania światła i ogrzewania wody do zastosowań domowych, komercyjnych lub przemysłowych.
Energię słoneczną można również wykorzystać, aby spełnić nasze wymagania dotyczące energii elektrycznej. Poprzez ogniwa fotowoltaiczne (SPV) promieniowanie słoneczne jest bezpośrednio przekształcane w prąd stały. Ta energia elektryczna może być używana w takiej postaci, w jakiej jest, lub może być przechowywana w baterii. W tym artykule dowiemy się wszystkiego o energii słonecznej. Zobaczmy krok po kroku:
Ogniwo fotowoltaiczne (SPV):
Słoneczne ogniwo fotowoltaiczne lub ogniwo słoneczne to urządzenie, które przekształca światło w prąd elektryczny za pomocą efektu fotoelektrycznego. SPV są używane w wielu zastosowaniach, takich jak sygnalizacja kolejowa, oświetlenie uliczne, oświetlenie domowe i zasilanie zdalnych systemów telekomunikacyjnych.
Posiada warstwę krzemu typu p, stykającą się z warstwą krzemu typu n, a dyfuzja elektronów zachodzi z materiału typu n do materiału typu p. W materiale typu p znajdują się otwory do przyjmowania elektronów. Materiał typu n jest bogaty w elektrony, więc pod wpływem energii słonecznej elektrony przemieszczają się z materiału typu n do złącza p-n, łącząc się z dziurami. Tworzy to ładunek po obu stronach złącza p-n, aby wytworzyć pole elektryczne . W wyniku tego powstaje system podobny do diody, który wspomaga przepływ ładunku. To jest prąd dryfu, który równoważy dyfuzję elektronów i dziur. Obszar, w którym występuje prąd dryftu, to strefa wyczerpania lub obszar ładunku kosmicznego, w którym brakuje ruchomych nośników ładunku.
Tak więc w ciemności ogniwo słoneczne zachowuje się jak dioda spolaryzowana odwrotnie. Kiedy pada na nie światło, podobnie jak dioda, ogniwo słoneczne spolaryzuje się do przodu, a prąd płynie w jednym kierunku od anody do katody jak dioda. Zwykle w obwodzie otwartym (bez podłączenia akumulatora) napięcie panelu słonecznego jest wyższe niż jego napięcie znamionowe. Na przykład panel 12 V daje około 20 woltów w jasnym świetle słonecznym. Ale gdy akumulator jest do niego podłączony, napięcie spada do 14-15 woltów. Ogniwa fotowoltaiczne (SPV) są wykonane z niezwykłych materiałów zwanych półprzewodnikami, na przykład z obecnie najpowszechniej stosowanego krzemu. Zasadniczo, gdy światło pada na komórkę, pewna jego część jest absorbowana w materiale półprzewodnikowym. Oznacza to, że energia pochłoniętego światła jest przekazywana do półprzewodnika.
Wszystkie ogniwa fotowoltaiczne mają również jedno lub więcej pól elektrycznych, które zmuszają elektrony uwolnione przez absorpcję światła do przepływu w określonym kierunku. Ten przepływ elektronów jest prądem i umieszczając metalowe styki na górze i na dole ogniwa SPV, możemy pobierać ten prąd do zdalnego wykorzystania. Napięcie ogniwa określa moc, jaką może wytworzyć ogniwo słoneczne. Proces przekształcania światła w energię elektryczną nazywany jest efektem fotowoltaiki słonecznej (SPV). Szereg paneli słonecznych przekształca energię słoneczną w prąd stały. Następnie prąd stały wchodzi do falownika. Falownik zamienia prąd stały na prąd zmienny o napięciu 120 V potrzebny urządzeniom gospodarstwa domowego.
Panel słoneczny:
Panel słoneczny to zbiór ogniw słonecznych. Panel słoneczny przekształca energię słoneczną w energię elektryczną. Panel słoneczny wykorzystuje materiał omowy do połączeń, a także zacisków zewnętrznych. Zatem elektrony utworzone w materiale typu n przechodzą przez elektrodę do przewodu podłączonego do akumulatora. Poprzez baterię elektrony docierają do materiału typu p. Tutaj elektrony łączą się z dziurami. Kiedy więc panel słoneczny jest podłączony do akumulatora, zachowuje się jak inny akumulator, a oba systemy są połączone szeregowo, tak jak dwa akumulatory połączone szeregowo.
Moc wyjściowa panelu słonecznego to jego moc mierzona w watach lub kilowatach. Dostępny jest panel słoneczny o różnych mocach wyjściowych, takich jak 5 watów, 10 watów, 20 watów, 100 watów itp. Dlatego przed wyborem panelu słonecznego konieczne jest ustalenie mocy wymaganej do obciążenia. Do obliczania zapotrzebowania na moc stosuje się watogodziny lub kilowatogodziny. Z reguły średnia moc jest równa 20% mocy szczytowej. Dlatego każdy kilowat szczytowy paneli słonecznych daje moc wyjściową, która odpowiada produkcji energii 4,8 kWh / dzień. To znaczy 24 godziny x 1 kW x 20%.
Wydajność panelu słonecznego zależy od wielu czynników, takich jak klimat, stan nieba, orientacja panelu, intensywność i czas nasłonecznienia oraz połączenia przewodów. Jeśli światło słoneczne jest normalne, panel 12 V 15 W daje prąd około 1 ampera. Właściwie konserwowany panel słoneczny będzie trwał około 25 lat. Konieczne jest zaprojektowanie rozmieszczenia paneli słonecznych na dachu. Zwykle jest skierowany na wschód pod kątem 45 stopni. Stosowany jest również układ śledzenia słońca, który obraca panel, gdy słońce przesuwa się ze wschodu na zachód. Ważne jest również podłączenie przewodów. Dobrej jakości przewód o odpowiednim przekroju do obsługi prądu zapewni prawidłowe ładowanie akumulatora. Jeśli przewód jest zbyt długi, prąd ładowania może się zmniejszyć. Z reguły panel słoneczny jest umieszczony na wysokości 10-20 stóp od poziomu gruntu. Zaleca się odpowiednie czyszczenie panelu słonecznego raz w miesiącu. Obejmuje to czyszczenie powierzchni w celu usunięcia kurzu i wilgoci oraz czyszczenie i ponowne podłączenie zacisków.
Panel słoneczny ma w sumie cztery etapy procesu, przeciążenie, ładowanie, niski poziom naładowania baterii i głębokie rozładowanie, wszystko.
Z poniższego obwodu wykorzystaliśmy panel słoneczny będący źródłem prądu służącym do ładowania akumulatora B1 poprzez D10. Podczas gdy bateria jest w pełni naładowana, Q1 przewodzi z wyjścia komparatora. Powoduje to, że Q2 przewodzi i przekierowuje energię słoneczną przez D11 i Q2 tak, że bateria nie jest przeładowana. Gdy akumulator jest w pełni naładowany, napięcie w punkcie katodowym D10 wzrasta. Prąd z panelu słonecznego jest pomijany przez D11 oraz dren i źródło MOSFET. Podczas gdy obciążenie jest używane przez przełącznik, operacja Q2 zwykle zapewnia ścieżkę do bieguna ujemnego, podczas gdy biegun dodatni jest podłączony do prądu stałego przez przełącznik w przypadku przeciążenia. Prawidłowe działanie obciążenia w normalnych warunkach jest sygnalizowane, gdy MOSFET Q2 przewodzi.
Zastosowanie energii słonecznej:
Od dołu Obwód do sterowania natężeniem światła LED może być zasilany ze źródła prądu stałego o zmiennym cyklu pracy. Koncepcja regulacji intensywności pomaga oszczędzać energię elektryczną. Diody LED używane w połączeniu z odpowiednimi tranzystorami sterującymi mikrokontrolera, odpowiednio zaprogramowanymi do praktycznego zastosowania.
Aby zademonstrować to samo ze źródła prądu stałego 12 V, 4 diody LED połączone szeregowo tworzą łańcuch z 8 * 3 = 24 ciągami połączonymi szeregowo z MOSFET-em działającym jako przełącznik. MOSFET może być IRF520 lub Z44. Każda dioda LED jest białą diodą LED i działa przy napięciu 2,5 V. Zatem 4 diody LED połączone szeregowo wymagają 10V. Dlatego rezystor jest połączony szeregowo 10 omów, 10 watów z diodami LED, w których napięcie równoważące jest obniżane z 12 V poprzez ograniczenie prądu w celu bezpiecznego działania diod LED.
Na przykład światła LED używane do oświetlenia ulicznego są włączane o zmierzchu z pełną intensywnością do godziny 23:00 z 99% prawidłowym cyklem dla diod LED, tj. 1% cyklu pracy ze sterownika. Z każdą godziną od godziny 23:00 cykl pracy diod LED zmniejsza się stopniowo z 99%, tak że do rana czas włączenia osiąga 10% z 99% i ostatecznie do zera, co oznacza, że światła są wyłączone od rana, tj. Od świtu do zmierzchu. Operacja powtarza się ponownie od zmierzchu z pełną intensywnością do godziny 23:00 od 18:00, ao 12:00 w nocy to cykl pracy 80%, zegar 1'o 70%, zegar 2'o 60%, zegar 3'o 50%, 4'o zegar 40% i tak dalej do 10% i wreszcie WYŁĄCZONY o świcie.
Intensywność diody LED zmienia się zgodnie z modulacją szerokości impulsu, jak pokazano na poniższym rys.
