Päikeseenergia on puhtaim ja kättesaadav taastuvenergiaallikas. Kaasaegne tehnoloogia saab seda energiat kasutada mitmesugustel eesmärkidel, sealhulgas elektri tootmiseks, valguse ja küttevee pakkumiseks koduseks, kaubanduslikuks või tööstuslikuks kasutamiseks.
Päikeseenergiat saab kasutada ka meie elektrivajaduste täitmiseks. Päikese fotogalvaaniliste (SPV) elementide kaudu muundatakse päikesekiirgus otse alalisvoolu elektriks. Seda elektrit saab kas kasutada sellisena nagu see on või seda saab akus hoida. Selles artiklis näeme kõike päikeseenergiat. Vaatame samm-sammult:
Fotogalvaaniline päikeseelement (SPV):
Päikese fotogalvaaniline või päikesepatarei on seade, mis muundab fotoelektrilise efekti abil valguse elektrivooluks. SPV-sid kasutatakse paljudes rakendustes, nagu raudteesignaalid, tänavavalgustus, koduvalgustus ja kaugsidesüsteemide toide.
Sellel on p-tüüpi ränikiht, mis on kokkupuutes n-tüüpi ränikihiga ja elektronide difusioon toimub n-tüüpi materjalist p-tüüpi materjalini. P-tüüpi materjalis on elektronide vastuvõtmiseks augud. N-tüüpi materjal on rikas elektronide poolest, nii et päikeseenergia mõjul liiguvad elektronid n-tüüpi materjalist ja p-n ristmikul ühenduvad augudega. See tekitab elektrivälja tekitamiseks laengu p-n ristmiku mõlemal küljel . Selle tulemusena areneb dioodilaadne süsteem, mis soodustab laengu voogu. See on triivvool, mis tasakaalustab elektronide ja aukude difusiooni. Piir, kus triivvool tekib, on ammendumistsoon või kosmoselaengu piirkond, millel puuduvad mobiilsed laengukandjad.
Nii et pimedas käitub päikesepatarei nagu vastupidine kallutatud diood. Kui valgus langeb sellele, sarnaneb dioodiga päikesepatarei ettepoole suunatud kallutamine ja vool voolab dioodina ühes suunas anoodist katoodini. Tavaliselt on päikesepaneeli avatud vooluahel (ilma akut ühendamata) pinge selle nimipingest kõrgem. Näiteks 12-voldine paneel annab ereda päikesevalguse käes umbes 20 volti. Kuid kui aku on sellega ühendatud, langeb pinge 14-15 volti. Päikese fotogalvaanilised elemendid (SPV) on valmistatud erakordsetest materjalidest, mida nimetatakse pooljuhtideks, näiteks räni, mida praegu kasutatakse kõige sagedamini. Põhimõtteliselt, kui valgus lööb rakku, neeldub teatud osa sellest pooljuhtmaterjali. See tähendab, et neeldunud valguse energia kandub pooljuhile.
Päikesepaneelidel on ka kõik üks või mitu elektrivälja, mis sunnivad valguse neeldumisest vabanenud elektrone teatud suunas voolama. See elektronide voog on vool ja asetades metallkontaktid SPV elemendi üla- ja alaosale, saame selle voolu kaugjuhtimiseks kasutada. Elementide pinge määratleb võimsuse, mida päikesepatarei suudab toota. Valguse muundamise elektriks protsessi nimetatakse päikese fotogalvaaniliseks (SPV) efektiks. Päikesepaneelide hulk muudab päikeseenergia alalisvoolu elektriks. Seejärel siseneb alalisvoolu elekter inverterisse. Inverter muudab alalisvoolu elektriks kodutehnika jaoks vajaliku 120-voldise vahelduvvoolu.
Päikesepaneel:
Päikesepaneel on päikesepatareide kogum. Päikesepaneel muudab päikeseenergia elektrienergiaks. Päikesepaneel kasutab nii ühendamiseks kui ka väliste klemmide jaoks Ohmi materjali. Niisiis lähevad n-tüüpi materjalis loodud elektronid läbi elektroodi patareiga ühendatud juhtmele. Aku kaudu jõuavad elektronid p-tüüpi materjalini. Siin ühenduvad elektronid aukudega. Nii et kui päikesepaneel on akuga ühendatud, käitub see nagu teine aku ja mõlemad süsteemid on järjestikku nagu kaks järjestikku ühendatud patareid.
Päikesepaneeli väljundiks on selle võimsus, mida mõõdetakse vattides või kilovattides. Saadaval on erineva väljundvõimsusega päikesepaneel, näiteks 5 vatti, 10 vatti, 20 vatti, 100 vatti jne. Nii et enne päikesepaneeli valimist on vaja välja selgitada koormuse jaoks vajalik võimsus. Võimsuse nõude arvutamiseks kasutatakse vatt- või kilovatt-tundi. Üldreeglina võrdub keskmine võimsus 20% -ga tippvõimsusest. Seetõttu annab iga päikesevarustuse tippkilovatt väljundvõimsuse, mis vastab energiatootmisele 4,8 kWh päevas. See on 24 tundi x 1 kW x 20%.
Päikesepaneeli toimivus sõltub paljudest teguritest, nagu kliima, taevaolud, paneeli orientatsioon, päikesevalguse intensiivsus ja kestus ning selle juhtmestiku ühendused. Kui päikesevalgus on normaalne, annab 12-voldine 15-vatine paneel umbes 1 amprit voolu. Nõuetekohase hoolduse korral peab päikesepaneel vastu umbes 25 aastat. On vaja kujundada päikesepaneeli paigutus katuse ülaosas. Tavaliselt on see paigutatud 45 ° nurga all itta. Kasutatakse ka päikese jälgimise seadet, mis pöörab paneeli, kui päike liigub idast läände. Juhtmete ühendamine on samuti oluline. Kvaliteetne traat, mille voolu haldamiseks piisab mõõturitest, tagab aku nõuetekohase laadimise. Kui traat on liiga pikk, võib laadimisvool väheneda. Nii on päikesepaneel reeglina paigutatud 10-20 jala kõrgusele maapinnast. Päikesepaneeli on soovitatav korralikult puhastada üks kord kuus. See hõlmab pinna puhastamist tolmu ja niiskuse eemaldamiseks ning klemmide puhastamist ja uuesti ühendamist.
Päikesepaneelil on kokku neli protsessietappi, mis on ülekoormatud, laetud, tühja patarei ja sügava tühjenemisega, olgem kõik.
Allpool olevast vooluringist kasutasime päikesepaneeli, kuna aku B1 laadimiseks D10 kaudu kasutatakse vooluallikat. Kui aku saab täis laetud, juhib Q1 komparaatori väljundist. Selle tulemuseks on Q2, mis juhib ja suunab päikeseenergiat läbi D11 ja Q2 nii, et aku pole üle laetud. Kui aku on täielikult laetud, tõuseb pinge katoodipunktis D10. Päikesepaneeli vool möödub D11 ja MOSFET-äravoolu ja allika kaudu. Kui koormust kasutab lüliti, siis Q2 annab tavaliselt tee negatiivsele, samas kui positiivne on koormuse korral ühendatud lülitiga alalisvooluga. Koormuse korrektsest toimimisest normaalsetes oludes annab märku MOSFET Q2 juhtimise ajal.
Päikeseenergia kasutamine:
Altpoolt ahelat saab intensiivsuse juhtimiseks LED-lampe toita alalisvooluallikast erineva töötsükliga. Intensiivsuse reguleerimise kontseptsioon aitab säästa elektrienergiat. LED-e kasutatakse koos mikrokontrolleri sobivate juhttransistoridega, mis on praktiliseks kasutamiseks õigesti programmeeritud.
Selle näitamiseks 12v alalisvooluallikast panevad 4 LED-i järjestikku 8 * 3 = 24 stringiga stringid järjestikku ühendatud MOSFETiga, mis toimib lülitina. MOSFET võib olla IRF520 või Z44. Iga LED on valge LED ja töötab 2,5v pingel. Seega vajab 4 seeria LED-i 10v. Seetõttu on takisti ühendatud 10 ohmiga, 10 vatti järjestikku LED-idega, kus tasakaalu pinge langeb 12v-lt, piirates voolu LED-de ohutuks kasutamiseks.
Näiteks tänavavalgustuse jaoks kasutatavad LED-tuled lülitatakse õhtuhämaruses täistugevusega kuni kella 23-ni sisse ja kontroller juhib LED-i, st 1% -lise töötsükli, vastavalt 99%. Iga tunni järel langeb LED-de töötsükkel järk-järgult alates kella 23-st 99% -lt järk-järgult, nii et hommikuks jõuab ON-töötsükkel 99% -lt 10% -ni ja lõpuks nulli, mis tähendab, et tuled on hommikust, st koidust, väljas hämarusse. Operatsiooni korratakse uuesti hämarusest täie intensiivsusega kuni kella 23.00-ni alates kella 18-st ja kell 12 kesköö on töötsükkel 80%, 1'o 70%, 2'o 60%, 3'o 50%, 4'o kell 40% ja nii edasi kuni 10% ja lõpuks koidikul väljas.
LED-valgustugevus muutub vastavalt impulsi laiuse modulatsioonile, nagu on näidatud joonisel fig.
