Устройство солнечной батареи
Непосредственно преобразованием солнечной энергии в электрическую занимаются фотоэлектрические элементы.
Фотоэлементы состоят из двух соединенных полупроводниковых пластин. В одной пластине переизбыток электронов, в другой их недостаток (переизбыток «дырок»). Под воздействием света электроны выбиваются и переходят из одной пластины (с избытком электронов) в другую (с недостатком электронов). Так возникает электрический ток.
Такой ток возникает во всех полупроводниках, если их осветить. Можете для эксперимента положить светодиод на свет, и подключить вольтметр к светодиоду. Прибор зафиксирует появление тока.
Для этой заметки хватит. Более подробно о полупроводниках, электронной и дырочной проводимости, о p-n переходах можно почитать в школьном курсе физики.
О фотоэлементах
Каждый фотоэлемент дает малое напряжение, но при последовательном соединении множества фотоэлементов напряжение суммируется. Фотоэлементы соединяют для получения солнечной панели.
Самыми распространенными фотоэлементами являются элементы, выдающие 3.6 ампер и 0.5 вольт. 36 таких фотоэлементов последовательно соединяют для получения 18 вольт (при последовательном соединении напряжение суммируется) и 3.6 ампер.
Выбор фотоэлемента
Каждый фотоэлемент имеет разброс по параметрам. У одной ячейки может быть более низкое напряжение, у другой ниже сила тока. При сложении всех напряжений не очень критично, если какая-то ячейка выдаст не 0.5 вольт, а чуть ниже. Суммарное напряжение при этом не сильно упадет. Но сила тока всех соединенных элементов будет равна силе тока элемента с наименьшим значением.
Мощность соединенных фотоэлементов вычисляется как напряжение умноженное на силу тока, и падение силы тока существенно скажется на производительности всей панели.
Поэтому при выборе фотоэлементов нужно выбирать элементы с минимальным разбросом параметров для получения максимального результата.
Сборка солнечной батареи
Соединенные фотоэлементы укладывают в корпус и закрывают стеклом. Это необходимо делать для защиты хрупких фотоэлементов от повреждения.
Панель из 36 элементов генерирует около 60 ватт. Если нужно больше, то устанавливают несколько панелей и соединяют их параллельно. При параллельном соединении суммируется сила тока, а напряжение остается неизменным. Чем больше панелей соединить, тем большую мощность будет генерировать система.
У фотоэлементов есть плохая особенность. Когда они освещены, они генерируют электричество, а когда не освещены, то потребляют его. Поэтому на выходе каждой панели ставят полупроводниковый диод, который защищает от потребления энергии неосвещенными панелями от освещенных.
Как эффективнее использовать солнечную батарею
18 вольт солнечной панели — это напряжение холостого хода. При подключении нагрузки напряжение падает до 12 вольт. К солнечной панели уже можно подключать лампочку на 12 вольт, но это неэффективно, т.к. лампочка будет светить, только пока солнечная панель находится под освещением солнечными лучами.
Поэтому полученную от солнечной панели энергию накапливают в аккумуляторах. Аккумулятор при зарядке накапливает электроэнергию, а при подключении нагрузки (например, лампочки) происходит химическая реакция, и он отдает энергию.
Для зарядки аккумуляторов от солнечных панелей используется контроллер заряда. Контроллер заряда защищает аккумуляторы от перезарядки и выполняет еще рад полезных функций.
Имея солнечные панели, контроллер заряда и аккумуляторы, можно круглосуточно иметь электричество. Единственным недостатком такой системы является выходное напряжение в 12 вольт постоянного тока. Большинство бытовых приборов работают от 220 вольт переменного тока. Для преобразования постоянного тока в переменный используется инвертор. На входе инвертора — постоянные 12 вольт, а на выходе — переменные 220 вольт. В эту розетку уже можно подключать бытовые приборы, не превышающие максимально допустимую нагрузку системы.
Есть приборы, работающие от 12 вольт. Такие устройства можно подключать напрямую к аккумуляторам, минуя инвертор.
Итак, коротко, как работает солнечная батарея: ток получается в фотоэлементах, фотоэлементы объединены в солнечные панели, солнечные панели подключены к контроллеру заряда, который заряжает аккумуляторы, к аккумуляторам подключен инвертор, на выходе которого 220 вольт для бытовых нужд.
На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.
Успехов!
