Das Funktionsprinzip der Solarbatterie: wie das Solarpanel angeordnet ist und funktioniert

Wasseruhr

Diese Methode zur Steuerung der Drehvorrichtung wurde von einem unternehmungslustigen kanadischen Studenten erfunden und ist dafür verantwortlich, dass nur eine Achse, die horizontale, gedreht wird.

Das Funktionsprinzip ist ebenfalls einfach und lautet wie folgt:

1. Die Solarbatterie wird in ihrer ursprünglichen Position installiert, wenn die Sonnenstrahlen senkrecht auf die Fotozelle treffen.
2. Danach wird ein Behälter mit Wasser an einer der Seiten befestigt, und ein Gegenstand mit dem gleichen Gewicht wie der Behälter mit Wasser wird an der anderen Seite befestigt. Der Boden des Behälters sollte ein kleines Loch haben.
3. Dadurch fließt allmählich Wasser aus dem Tank, wodurch das Gewicht abnimmt und die Platte langsam zum Gegengewicht neigt. Die Abmessungen des Lochs für den Behälter müssen experimentell bestimmt werden.

Diese Methode ist die einfachste.Außerdem spart es materielle Ressourcen, die für die Anschaffung eines Motors aufgewendet würden, wie es bei einem Uhrwerk der Fall ist. Außerdem können Sie den Drehmechanismus in Form einer Wasseruhr auch ohne besondere Vorkenntnisse selbst einbauen.

Die Vorteile von Sonnenkollektoren

Solarenergie ist ein zukunftsträchtiges Gebiet, das sich ständig weiterentwickelt. Sie haben mehrere Hauptvorteile. Benutzerfreundlichkeit, lange Lebensdauer, Sicherheit und Erschwinglichkeit.

Die positiven Aspekte bei der Verwendung dieses Batterietyps:

• Erneuerbar - diese Energiequelle hat praktisch keine Einschränkungen, außerdem ist sie kostenlos. Zumindest für die nächsten 6,5 Milliarden Jahre. Es ist notwendig, die Ausrüstung auszuwählen, zu installieren und für den vorgesehenen Zweck (in einem Privathaus oder einem Cottage-Grundstück) zu verwenden.
• Überfluss - Die Erdoberfläche erhält im Durchschnitt etwa 120.000 Terawatt Energie, was dem 20-fachen des derzeitigen Energieverbrauchs entspricht. Sonnenkollektoren für Ferienhäuser oder Privathäuser haben ein riesiges Einsatzpotential.
• Konstanz - Sonnenenergie ist konstant, daher drohen der Menschheit bei ihrer Nutzung keine übermäßigen Ausgaben.
• Verfügbarkeit - Solarenergie kann in jedem Bereich erzeugt werden, solange natürliches Licht vorhanden ist. Meistens wird es jedoch zum Heizen von Häusern verwendet.
• Ökologische Sauberkeit - Solarenergie ist eine zukunftsträchtige Industrie, die in Zukunft Kraftwerke ersetzen wird, die mit nicht erneuerbaren Ressourcen betrieben werden: Gas, Torf, Kohle und Öl. Sicher für die Gesundheit von Menschen und Haustieren.

• Bei der Produktion von Modulen und der Installation von Solarkraftwerken treten keine nennenswerten Emissionen von schädlichen oder giftigen Stoffen in die Atmosphäre auf.
• Leise – Die Stromerzeugung ist fast geräuschlos, daher ist dieser Kraftwerkstyp besser als Windparks. Ihre Arbeit wird von einem ständigen Summen begleitet, wodurch die Geräte schnell ausfallen und die Mitarbeiter häufig Ruhepausen einlegen müssen.
• Sparsam – beim Einsatz von Sonnenkollektoren erleben Immobilienbesitzer eine deutliche Reduzierung der Stromrechnungen. Die Paneele haben eine lange Lebensdauer – der Hersteller gibt auf die Paneele eine Garantie von 20 bis 25 Jahren. Gleichzeitig reduziert sich die Wartung des gesamten Kraftwerks auf die periodische (alle 5-6 Monate) Reinigung der Plattenoberflächen von Schmutz und Staub.

Das Funktionsprinzip der Solarbatterie

Als Ergebnis des Ladungsflusses an der Grenze der p- und n-Schicht wird in der n-Schicht eine Zone unkompensierter positiver Ladung gebildet, und in der p-Schicht wird eine negative Ladung gebildet, d. h. jedem bekannt aus dem Schulkurs Physik p-n-junction. Die am Übergang auftretende Potentialdifferenz, die Kontaktpotentialdifferenz (Potentialbarriere), verhindert den Durchgang von Elektronen aus der p-Schicht, lässt jedoch kleinere Ladungsträger ungehindert in die entgegengesetzte Richtung passieren, was es ermöglicht, eine Photo-EMF zu erhalten, wenn Sonnenlicht auftrifft die Solarzelle.

Wenn sie Sonnenlicht ausgesetzt werden, beginnen die absorbierten Photonen, Elektron-Loch-Paare aus dem Nichtgleichgewicht zu erzeugen. Die in der Nähe des Übergangs erzeugten Elektronen gelangen von der p-Schicht in den n-Bereich.

In ähnlicher Weise gelangen überschüssige Löcher und Schicht n in die p-Schicht (Abbildung a). Es stellt sich heraus, dass sich in der p-Schicht eine positive Ladung und in der n-Schicht eine negative Ladung ansammelt, was eine Spannung im externen Stromkreis verursacht (Abbildung b). Die Stromquelle hat zwei Pole: positiv - p-Schicht und negativ - n-Schicht.

Dies ist das Grundprinzip der Funktionsweise von Solarzellen. Die Elektronen scheinen also im Kreis zu laufen, d.h. Verlassen Sie die p-Schicht und kehren Sie zur n-Schicht zurück, indem Sie die Last (Akkumulator) passieren.

Ein photoelektrischer Abfluss in einem Element mit einem einzigen Übergang wird nur von jenen Elektronen bereitgestellt, die eine Energie haben, die höher ist als die Breite einer bestimmten Bandlücke. Diejenigen, die weniger Energie haben, nehmen an diesem Prozess nicht teil. Diese Einschränkung kann durch mehrschichtige Strukturen aufgehoben werden, die aus mehr als einem SC bestehen, in denen Bandabstand anders. Sie werden als Kaskade, Mehrfachverbindung oder Tandem bezeichnet. Ihre photoelektrische Umwandlung ist höher aufgrund der Tatsache, dass solche Solarzellen mit einem breiteren Sonnenspektrum arbeiten. In ihnen befinden sich Fotozellen, wenn die Bandlücke abnimmt. Die Sonnenstrahlen fallen zuerst auf die Fotozelle mit der breitesten Zone, während die Absorption von Photonen mit der höchsten Energie erfolgt.

Dann fallen die von der oberen Schicht passierten Photonen auf das nächste Element und so weiter. Auf dem Gebiet der Kaskadenelemente ist die Hauptforschungsrichtung die Verwendung von Galliumarsenid als eine oder mehrere Komponenten. Solche Elemente haben eine Umwandlungseffizienz von 35 %. Die Elemente sind zu einer Batterie verbunden, da die technischen Möglichkeiten die Herstellung eines separaten Elements großer Größe (daher Leistung) nicht zulassen.

Solarzellen können lange arbeiten.Sie haben sich als stabile und zuverlässige Energiequelle bewährt, nachdem sie im Weltraum getestet wurden, wo die Hauptgefahr für sie meteorischer Staub und Strahlung sind, die zur Erosion von Siliziumelementen führen. Da sich diese Faktoren auf der Erde aber nicht so negativ auf sie auswirken, ist von einer noch längeren Lebensdauer der Elemente auszugehen.

Sonnenkollektoren stehen bereits im Dienste des Menschen und dienen als Energiequelle für verschiedene Geräte, von Mobiltelefonen bis hin zu Elektrofahrzeugen.

Und dies ist bereits der zweite Versuch des Menschen, die grenzenlose Sonnenenergie einzudämmen und sie zu zwingen, zu seinem eigenen Besten zu arbeiten. Der erste Versuch bestand darin, Sonnenkollektoren herzustellen, bei denen Strom durch Erhitzen von Wasser bis zum Siedepunkt mit den konzentrierten Sonnenstrahlen erzeugt wurde.

Der Vorteil von Solarbatterien besteht darin, dass sie direkt Strom erzeugen und viel weniger Energie verlieren als mehrstufige Solarkollektoren, bei denen der Prozess der Gewinnung mit der Konzentration der Sonnenstrahlen, dem Erhitzen von Wasser und der Erzeugung von Dampf verbunden ist, der eine Dampfturbine dreht , und erst danach durch einen Generator Strom erzeugen. Die Hauptparameter von Sonnenkollektoren - vor allem Leistung

Dann ist es wichtig, wie viel Energie sie haben

Dieser Parameter hängt von der Kapazität der Batterien und ihrer Anzahl ab. Der dritte Parameter ist der Spitzenstromverbrauch, also die Anzahl der gleichzeitig möglichen Verbindungen von Geräten. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Nennspannung, die die Wahl der Zusatzausstattung bestimmt: Wechselrichter, Solarpanel, Controller, Batterie.

Vorteile und Nachteile

Sonnenkollektoren haben wie andere Geräte ihre eigenen Vor- und Nachteile. Zu den unbestrittenen Vorteilen dieser Systeme gehören:

• Die Möglichkeit des autonomen Betriebs ermöglicht es Ihnen, die Stromversorgung von Objekten, elektronischen Geräten und Beleuchtung in beträchtlicher Entfernung von stationären Stromnetzen zu organisieren.
• Erhebliche Kosteneinsparungen während des Betriebs. Sonnenlicht, das in Strom umgewandelt wird, kostet nichts und verursacht keine zusätzlichen Kosten. Sie müssen nur für Wechselrichter und Batterien bezahlen, die regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Und selbst in diesem Fall amortisieren sich Solarmodule in etwa 10 Jahren mit einer durchschnittlichen Garantiezeit von 25-30 Jahren. Wenn Sie alle Betriebsregeln beachten, können die Batterien noch länger halten.
• Im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken, die Treibstoff verbrauchen und die Umwelt verschmutzen, ist das Solarpanel-Betriebsschema umweltfreundlich und geräuschlos.

Allerdings haben diese Geräte auch gravierende Nachteile, die vorab in Vorkalkulationen berücksichtigt werden sollten:

• Die hohen Kosten nicht nur für Panels, sondern auch für zusätzliche Komponenten - Wechselrichter, Steuerungen, Batterien.
• Die Rückzahlung dauert zu lange. Geld wird für lange Zeit aus dem Verkehr gezogen.
• Solaranlagen mit Photovoltaikzellen benötigen viel Platz. Sehr oft ist es für diese Zwecke erforderlich, nicht nur das gesamte Dach, sondern auch die Wände des Gebäudes zu verwenden, wodurch Designlösungen ernsthaft verletzt werden. Für Batterien mit großer Kapazität wird zusätzlicher Platz benötigt, der teilweise einen ganzen Raum einnehmen kann.
• Der Prozess der Stromerzeugung verläuft je nach Tageszeit ungleichmäßig. Dieser Nachteil wird durch wiederaufladbare Batterien kompensiert, die tagsüber Strom speichern und ihn nachts an die Verbraucher abgeben.

Transistoren als Basis für leichte Elemente

Transistoren sind für unseren Zweck geeignet, da sie in ihrem Inneren ein ziemlich großes Halbleiterelement aus Silizium enthalten, das zur Stromerzeugung verwendet wird. Entscheiden Sie sich am besten für Transistoren wie KT oder P.

Wir beginnen mit der Arbeit. Zuerst schneiden wir die Metallabdeckung von der erforderlichen Anzahl von Funkkomponenten ab. Dies ist einfacher, wenn Sie den Transistor in einen Schraubstock einspannen und vorsichtig mit einer Metallsäge schneiden. Darin sehen Sie einen Teller. Dies ist der Hauptteil unseres zukünftigen Geräts. Es dient uns als Fotozelle.

Das Teil hat drei Kontakte: Basis, Emitter und Kollektor. Wählen Sie bei der Montage den Kollektorübergang aufgrund der höchsten Potentialdifferenz.

Die Do-it-yourself-Montage erfolgt am besten auf einer ebenen Fläche aus einem beliebigen dielektrischen Material.

Die Transistoren, die Sie beim Erstellen von Solarmodulen verwenden, sollten vor der Arbeit überprüft werden. Für diese Zwecke nehmen wir ein einfaches Multimeter. Das Gerät muss in den Strommessmodus geschaltet und zwischen der Basis und dem Kollektor oder Emitter des Transistors eingeschaltet werden. Wir entfernen die Anzeige - normalerweise zeigt das Gerät einen kleinen Strom an - Bruchteile von Milliampere, seltener etwas mehr als 1 mA.Als nächstes schalten wir das Gerät in den Spannungsmessmodus (Grenze 1-3 V) und erhalten den Wert der Ausgangsspannung (es werden ungefähr einige Zehntel Volt sein). Es ist wünschenswert, Transistoren mit nahen Ausgangsspannungswerten zu gruppieren.

Montage

Sonnenkollektoren sind auf einer speziellen Struktur montiert, deren Verbindung die Fähigkeit der Fotozellen bestimmt, widrigen Wetterbedingungen wie starkem Wind, Regen oder Schnee standzuhalten, und auch zur Bildung des richtigen Neigungswinkels beiträgt.

Dieses Design ist in folgenden Versionen erhältlich:

• geneigt - solche Systeme sind optimal für die Installation auf einem Schrägdach;
• horizontal - dieses Design ist an Flachdächern angebracht;
• freistehend - Batterien dieses Typs können auf Dächern verschiedener Art und Größe installiert werden.

Der eigentliche Vorgang des Einsetzens von Batterien erfolgt nach folgendem Schema:

Zur Befestigung des Rahmens der Platte werden Metallquadrate mit einer Größe von 50 x 50 mm benötigt, und zusätzlich werden Quadrate mit einer Größe von 25 x 25 mm benötigt, die für Abstandshalter verwendet werden

Das Vorhandensein dieser Teile ermöglicht es, die erforderliche Festigkeit und zuverlässige Stabilität der Tragstruktur zu erreichen und gibt auch den erforderlichen Neigungsgrad;
Sie müssen den Rahmen montieren, dazu benötigen Sie Bolzen mit einer Größe von 6 und 8 m.
die Konstruktion wird unter der Dacheindeckung mit 12 mm Bolzen befestigt;
In den vorbereiteten Quadraten werden kleine Löcher gebildet, die Platten werden darin befestigt, und für eine stärkere Haftung sollten Schrauben verwendet werden.
Bei den Installationsarbeiten sollte besonderes Augenmerk auf den Rahmen gelegt werden - er darf keine Verzerrungen aufweisen.Andernfalls kann es zu Überspannungen des Systems kommen, die zu Glasbruch führen.

Die Installation von Solarwärme- und Lichtquellen auf der Loggia oder auf dem Balkon erfolgt nach einem ähnlichen Schema. Die einzige Ausnahme ist, dass der Rahmen auf einer schiefen Ebene montiert ist. Es wird zwischen der tragenden Hauptwand des Gebäudes und dem Gebäudeende montiert, immer auf der Sonnenseite. Die Selbstmontage und Installation von Solarmodulen aller Art erfordert keine Bauerfahrung, jedoch einige Installationskenntnisse. Wenn Sie möchten, können Sie die Installation sicher selbst durchführen. Zuvor wäre es jedoch schön, spezielle Literatur über die Funktionen der Installation von Pales zu lesen und die im Internet verfügbaren Meisterkurse zu studieren und sich natürlich einzudecken die notwendigen Werkzeuge.

Die Vorteile der Arbeit mit Ihren eigenen Händen liegen auf der Hand - Sie sparen viel Geld für die Dienste von Spezialisten sowie enorme Erfahrung, die Sie möglicherweise in Zukunft benötigen. Wenn die persönlichen Fähigkeiten jedoch nicht ausreichen, können Sie nicht nur Zeit verlieren, sondern auch dazu führen, dass die Paneele brechen oder ihre Effizienz beeinträchtigen.

Besonderheiten

Heute sind Batterien auf Basis von photovoltaischen Polykristallen am weitesten verbreitet. Solche Modelle zeichnen sich durch eine optimale Kombination aus Kosten und freigesetzter Energiemenge aus, sie zeichnen sich durch eine satte blaue Farbe und eine kristalline Struktur der Hauptelemente aus. Sie sind sehr einfach zu installieren, da selbst ein Meister ohne viel Berufserfahrung mit ihrer Installation in seinem Privathaus und in seinem Sommerhaus fertig wird. Am zweithäufigsten sind monokristalline Photovoltaikmodule.

Solarzellen, die aus amorphem Silizium hergestellt werden, zeichnen sich durch einen eher geringen Wirkungsgrad aus. Ihre Preise sind jedoch etwas niedriger als die Kosten für Analoga, daher ist das Modell bei den Eigentümern von Landhäusern gefragt. Derzeit machen solche Produkte 85 % des Marktes aus. Sie können nicht mit High Power und Cadmium-Tellurid-Modifikationen auftrumpfen, ihre Herstellung basiert auf einer Hightech-Filmtechnik: Mehrere hundert Mikrometer eines Stoffes werden in dünner Schicht auf eine strapazierfähige Oberfläche aufgetragen. Es ist bemerkenswert, dass bei einem sehr niedrigen Wirkungsgrad des Produkts seine Leistung ziemlich hoch ist.

Eine weitere Option für solarbetriebene Batterien sind die halbleiterbasierten CIGS-Varianten. Sie werden wie die Vorgängerversion in Folientechnologie hergestellt, ihre Effizienz ist jedoch deutlich höher. Unabhängig davon lohnt es sich, auf den Funktionsmechanismus von Solarwärme und Lichtquellen einzugehen. Die Hauptsache ist, klar zu erkennen, dass die insgesamt erzeugte Energiemenge in keiner Weise vom Wirkungsgrad des Geräts selbst abhängen kann, da in der Regel alle Arten solcher Geräte ungefähr die gleiche Leistung liefern. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Module mit maximaler Effizienz weniger Platz für ihre Installation benötigen.

Sonnenkollektoren haben folgende Vorteile:

• Umweltfreundlichkeit der Anlage;
• lange Nutzungsdauer, während der die Betriebseigenschaften der Paneele konstant hoch bleiben;
• Technologien fallen selten aus, sodass sie weder Service und Wartung noch teure Reparaturen benötigen;
• Durch die Verwendung von Batterien auf Basis von Solarenergie können Sie die Strom- und Gaskosten im Haus senken.
• Sonnenkollektoren sind außergewöhnlich einfach zu bedienen.

Es war jedoch auch nicht ohne Nachteile, zu den wichtigsten gehören die folgenden:

• hohe Bühnentafeln;
• die Notwendigkeit, eine Vielzahl von zusätzlichen Geräten zu installieren, um die von der Batterie empfangene Energie und die aus herkömmlichen Quellen erhaltene Energie effektiv zu synchronisieren;
• Die Paneele können nicht in Kontakt mit solchen Geräten verwendet werden, die hohe Leistungen erfordern.

9. Eigenschaften von Solarzellen mit Quantenpunkten

Der letzte vielversprechende Batterietyp der nahen Zukunft basiert auf den Eigenschaften physikalischer Quantenpunkte – mikroskopisch kleine Einschlüsse von Halbleitern in einem bestimmten Material. Geometrisch sind diese „Punkte“ wenige Nanometer groß und so im Material verteilt, dass sie die Absorption von Strahlung aus dem gesamten Sonnenspektrum – IR, sichtbares Licht und UV – abdecken.

Ein großer Vorteil solcher Panels ist die Fähigkeit, auch nachts zu arbeiten und etwa 40% der maximalen Tagesleistung zu erzeugen.

Physikalische und technische Eigenschaften, Zertifizierung und Kennzeichnung

Unabhängig davon, woraus Solarmodule bestehen, weist jedes von ihnen eine Reihe der folgenden wichtigen Eigenschaften auf:

• mechanisch – geometrische Parameter, Gesamtgewicht, Art des Rahmens, Schutzglas, Anzahl der Zellen, Art und Breite der Verbinder;
• elektrisch oder Volt-Ampere - Leistung, Leerlaufspannung, Stromstärke bei maximaler Belastung, Wirkungsgrad des Moduls insgesamt und der einzelnen Zellen im Besonderen;
• Temperatur - Wirkungsgradänderung bei Temperaturerhöhung um eine bestimmte Größenordnung (normalerweise - 1 Grad);
• Qualität – Lebensdauer, Zellabbaurate, Präsenz in den Ratinglisten von Bloomberg;
• funktionell - Pflegebedürftigkeit und Pflegeleichtigkeit, Montage-/Demontagefreundlichkeit.

Industrielle Solarmodule, egal aus welchen Materialien sie bestehen, müssen zertifiziert werden. Die Mindestanforderungen sind Qualitätszertifikate ISO, CE, TÜV (international) und / oder Zollunion (wenn innerhalb dieser verkauft).

Auch internationale Kennzeichnungsvorschriften sind verbindlich. Zum Beispiel, Abkürzung CHN-350M-72 enthält folgende Informationen:

• CHN - Kennung des Herstellers (in diesem Fall das chinesische ChinaLand);
• 350 – Panelleistung in Watt;
• M – Bezeichnung für einkristallines Silizium;
• 72 ist die Anzahl der Photovoltaikzellen im Modul.

Was können Sie zu Hause mit Ihren eigenen Händen Sonnenkollektoren herstellen?

Dies erfordert Folgendes:

Vorgezeichnetes Schema und Berechnungen.
Eine bestimmte Anzahl vorgefertigter Solarzellen - sie sind am günstigsten online zu kaufen, beispielsweise auf der Aliexpress-Website oder in anderen Online-Shops

Achten Sie darauf, dass alle Elemente die gleichen elektrischen Eigenschaften haben. Selbstgebauter Rahmen aus Holz und Sperrholz - die Regeln für seine Montage können auf zahlreichen Videos im Netz eingesehen werden

Plexiglas oder Plexiglas für Oberflächenschutzbeschichtung.
Lack- und hitzebeständiger Kleber zur Bearbeitung von Holzoberflächen.
Kontaktbänder und Drähte zum Verbinden von Zellen. Diagramme verschiedener Verbindungsmethoden können auch im Internet studiert werden.
Lötkolben und Lötzinn. Lötarbeiten sollten sehr sorgfältig durchgeführt werden, um das zukünftige Produkt nicht zu verderben.
Silikonkleber und selbstschneidende Schrauben zur Befestigung des vorgefertigten Akkus im Rahmen.

Eine kleine Batterie erfordert eine Investition von etwa 30 bis 50 US-Dollar, während eine Werksversion mit derselben Kapazität nur 10 bis 20 % mehr kostet.

Natürlich hält ein solches selbstgebautes Design nicht 25 Jahre, hat nicht die Leistung eines vollwertigen Solarkraftwerks und kann sich nicht mit einem nennenswerten Wirkungsgrad rühmen. Die Kosten werden jedoch so gering wie möglich sein.

Solarbatteriegerät

Damit die Solarbatterie das Licht der Sonne in Strom umwandeln kann, sind folgende Elemente notwendig:

1. Eine photovoltaische Schicht, die die Rolle eines Halbleiters spielt. Es wird durch zwei Schichten von Materialien unterschiedlicher Leitfähigkeit dargestellt. Hier können sich Elektronen aus dem p (+)-Bereich in den n (-)-Bereich bewegen. Dies wird als p-n-Übergang bezeichnet;
2. Ein Element wird zwischen zwei Halbleiterschichten platziert, was im Wesentlichen ein Hindernis für den Übergang von Elektronen darstellt;
3. Energiequelle. Es ist notwendig, eine Verbindung zu einem Element herzustellen, das die Übertragung von Elektronen verhindert. Es transformiert die Bewegung geladener Elektronen, d.h. erzeugt einen elektrischen Strom. Akkumulator. Akkumuliert und speichert Energie;
4. Laderegler. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Solarbatterie basierend auf dem Ladezustand zu verbinden und zu trennen. Anspruchsvollere Geräte sind in der Lage, die maximale Leistungsstufe zu steuern;
5. DC-AC-Wandler (Wechselrichter);
6. Spannungsstabilisator.Bietet Schutz für das Solarbatteriesystem vor Stromstößen.