Solárna energia je najčistejší a najdostupnejší obnoviteľný zdroj energie. Moderná technológia môže využiť túto energiu na rôzne účely, vrátane výroby elektriny, poskytovania svetla a vykurovacej vody pre domáce, obchodné alebo priemyselné použitie.
Solárnu energiu je možné tiež použiť na splnenie našich požiadaviek na elektrickú energiu. Prostredníctvom solárnych fotovoltaických (SPV) článkov sa slnečné žiarenie premieňa priamo na jednosmernú elektrinu. Táto elektrina môže byť použitá ako taká, alebo môže byť uložená v batérii. V tomto článku sa dozvieme všetko o slnečnej energii. Pozrime sa postupne:
Solárny fotovoltaický článok (SPV):
Solárny fotovoltaický alebo solárny článok je zariadenie, ktoré pomocou fotoelektrického javu premieňa svetlo na elektrický prúd. SPV sa používajú v mnohých aplikáciách, ako sú železničné návestidlá, pouličné osvetlenie, domáce osvetlenie a napájanie vzdialených telekomunikačných systémov.
Má kremíkovú vrstvu typu p umiestnenú do kontaktu s vrstvou kremíka typu n a k difúzii elektrónov dochádza z materiálu typu n do materiálu typu p. V materiáli typu p sú otvory pre prijatie elektrónov. Materiál typu n je bohatý na elektróny, takže vplyvom slnečnej energie sa elektróny pohybujú z materiálu typu n a v spojení p-n kombinujú s otvormi. To vytvára náboj na oboch stranách križovatky p-n a vytvára elektrické pole . V dôsledku toho sa vyvinie systém podobný dióde, ktorý podporuje tok náboja. Toto je driftový prúd, ktorý vyrovnáva difúziu elektrónov a otvorov. Oblasťou, v ktorej sa vyskytuje unášaný prúd, je zóna vyčerpania alebo oblasť vesmírneho náboja, v ktorej chýbajú nosiče mobilného náboja.
Takže v tme sa solárny článok správa ako reverzná dióda. Keď na ňu dopadne svetlo, podobne ako dióda, solárny článok je predpätý a prúd preteká jedným smerom z anódy na katódu ako dióda. Napätie otvoreného obvodu (bez pripojenia batérie) solárneho panelu je zvyčajne vyššie ako jeho menovité napätie. Napríklad 12-voltový panel poskytuje pri jasnom slnečnom svetle okolo 20 voltov. Ale keď je k nej pripojená batéria, napätie klesne na 14-15 voltov. Solárne fotovoltaické články (SPV) sú vyrobené z mimoriadnych materiálov nazývaných polovodiče, napríklad kremík, ktorý je v súčasnosti najbežnejšie používaný. V zásade, keď svetlo dopadne na bunku, jej určitá časť je absorbovaná v polovodičovom materiáli. To znamená, že energia absorbovaného svetla sa prenáša do polovodiča.
Solárne fotovoltaické články tiež majú všetky jedno alebo viac elektrických polí, ktoré pôsobia tak, že nútia elektróny uvoľnené absorpciou svetla prúdiť určitým smerom. Tento tok elektrónov je prúd a umiestnením kovových kontaktov na hornú a spodnú časť bunky SPV môžeme tento prúd odčerpať na diaľkové použitie. Napätie článkov definuje energiu, ktorú môže solárny článok vyrobiť. Proces premeny svetla na elektrinu sa nazýva solárny fotovoltaický efekt (SPV). Rad solárnych panelov prevádza slnečnú energiu na jednosmernú elektrinu. Jednosmerná elektrina potom vstupuje do invertora. Menič premieňa jednosmernú elektrinu na 120 voltovú striedavú elektrinu potrebnú pre domáce spotrebiče.
Solárny panel:
Solárny panel je kolekcia solárnych článkov. Solárny panel premieňa slnečnú energiu na elektrickú. Solárny panel používa na prepojenie, ako aj na externé terminály, materiál Ohmic. Takže elektróny vytvorené v materiáli typu n prechádzajú elektródou k drôtu pripojenému k batérii. Cez batériu sa elektróny dostanú k materiálu typu p. Tu sa elektróny kombinujú s otvormi. Keď je teda solárny panel pripojený k batérii, chová sa ako iná batéria a oba systémy sú zapojené do série rovnako ako dve batérie zapojené sériovo.
Výstupom solárneho panelu je jeho výkon, ktorý sa meria vo wattoch alebo kilogramoch wattu. K dispozícii je solárny panel s rôznymi výkonmi ako 5 W, 10 W, 20 W, 100 W atď. Pred výberom solárneho panelu je teda potrebné zistiť výkon, ktorý vyžaduje záťaž. Watthodina alebo Kilowatthodina sa používa na výpočet potreby energie. Priemerný výkon sa spravidla rovná 20% špičkového výkonu. Preto každý špičkový kilowatt solárneho poľa poskytuje výstupný výkon, ktorý zodpovedá produkcii energie 4,8 kWh / deň. To je 24 hodín x 1 kW x 20%.
Výkon solárneho panelu závisí od mnohých faktorov, ako sú podnebie, podmienky oblohy, orientácia panelu, intenzita a trvanie slnečného žiarenia a jeho zapojenia. Ak je slnečné žiarenie normálne, panel s napätím 12 voltov 15 wattov dáva prúd okolo 1 ampéra. Pri správnej údržbe vydrží solárny panel asi 25 rokov. Na streche je potrebné navrhnúť usporiadanie solárneho panelu. Zvyčajne je usporiadané smerom na východ v uhle 45 stupňov. Používa sa tiež usporiadanie na sledovanie slnečného žiarenia, ktoré otáča panel pri pohybe slnka z východu na západ. Dôležitá je aj elektroinštalácia. Kvalitný drôt s dostatočným meradlom na zvládnutie prúdu zabezpečí správne nabitie batérie. Ak je drôt príliš dlhý, môže sa nabíjací prúd znížiť. Solárny panel je spravidla usporiadaný vo výške 10 až 20 stôp od úrovne terénu. Odporúča sa správne čistenie solárneho panelu raz za mesiac. To zahŕňa čistenie povrchu na odstránenie prachu a vlhkosti a čistenie a opätovné pripojenie terminálov.
Solárny panel má celkovo štyri procesné kroky preťaženia, stavu nabitia, vybitia batérie a stavu hlbokého vybitia, to je všetko.
Z nižšie uvedeného obvodu sme použili solárny panel, ktorý slúži ako zdroj prúdu na nabíjanie batérie B1 cez D10. Keď je batéria úplne nabitá, Q1 vedie z výstupu komparátora. To vedie k tomu, že Q2 vedie a odvádza slnečnú energiu cez D11 a Q2 tak, aby batéria nebola príliš nabitá. Keď je batéria úplne nabitá, napätie v katódovom bode D10 stúpa. Prúd zo solárneho panelu je obchádzaný cez D11 a odtok a zdroj MOSFET. Zatiaľ čo záťaž je používaná spínačom, Q2 zvyčajne poskytuje cestu k zápornému pólu, zatiaľ čo kladný je v prípade preťaženia pripojený k jednosmernému prúdu prostredníctvom spínača. Správna prevádzka záťaže za normálnych podmienok je indikovaná vedením MOSFETu Q2.
Aplikácia slnečnej energie:
Zospodu Obvod na riadenie intenzity môžu byť LED žiarovky napájané s meniacim sa pracovným cyklom z jednosmerného zdroja. Koncept riadenia intenzity pomáha šetriť elektrickú energiu. LED diódy sa používajú v kombinácii s vhodnými budiacimi tranzistormi z mikrokontroléra, ktoré sú náležite naprogramované na praktické použitie.
S cieľom demonštrovať to isté zo zdroja 12 V ss. Vytvárajú 4 LED v sérii reťazec s 8 * 3 = 24 strún je zapojených do série s MOSFET fungujúcim ako prepínač. MOSFET môže byť IRF520 alebo Z44. Každá LED je biela LED a pracuje pri napätí 2,5 V. 4 LED v sérii teda potrebujú 10V. Preto je rezistor spojený s 10 ohmami, 10 wattov v sérii s LED diódami, kde rovnovážné napätie klesá z 12 V obmedzením prúdu pre bezpečnú prevádzku LED diód.
Napríklad LED svetlá používané na účely pouličných svetiel sa zapínajú za súmraku s plnou intenzitou do 23:00 s 99% riadnym cyklom pre led, t. J. 1% pracovný cyklus z ovládača. S každou hodinou postupujúcou od 23:00 klesá pracovný cyklus pre LED postupne z 99%, takže ráno pracovný cyklus ON dosiahne 10% z 99% a nakoniec na nulu, čo znamená, že svetlá sú VYPNUTÉ od rána, tj od úsvitu do súmraku. Operácia sa opakuje znova od súmraku s plnou intenzitou do 23:00 od 18:00 a o polnoci v noci je to 80% pracovný cyklus, 1'hodina 70%, 2'hodina 60%, 3'hodina 50%, 4'hodina hodiny 40% a tak ďalej až 10% a nakoniec VYPNUTÉ za úsvitu.
Intenzita LED sa mení podľa modulácie šírky impulzu, ako je znázornené na obr.
