مبدأ العملية وجهاز البطارية الشمسية

مبدأ العملية وجهاز البطارية الشمسية

في الدوائر المهنية، وتسمى لوحات تحويل أشعة الشمس إلى الطاقة الكهربائية المحولات الكهروضوئية، والتي عادة ما تسمى البطاريات الشمسية في خطاب عامية أو عند الكتابة مفهومة للجماهير واسعة من المواد. مبدأ تشغيل هذه الأجهزة، أول نسخ العمل التي ظهرت طويلة بما فيه الكفاية، هو في الواقع بسيط جدا أن نفهم من قبل شخص لديه المعرفة فقط من مقاعد البدلاء المدرسة.

ليس سرا أن مفرق p-n يمكن تحويل الضوء إلى كهرباء. في التجارب المدرسية، فإنه ليس من غير المألوف لتجربة الترانزستور مع غطاء أعلى توج، مما يسمح للضوء أن تقع على تقاطع p- n. من خلال ربط الفولتميتر، فمن الممكن لتسجيل كيف، عندما المشع مع الضوء، مثل الترانزستور تنتج بائسة التيار الكهربائي. وإذا قمنا بزيادة منطقة تقاطع p-n، ماذا سيحدث في هذه الحالة؟ في سياق التجارب العلمية في السنوات الماضية، جعلت المتخصصين مفرق p- n مع لوحات مساحة كبيرة، مما تسبب في ظهور المحولات الكهروضوئية تسمى البطاريات الشمسية.

وقد تم الحفاظ على مبدأ تشغيل البطاريات الشمسية الحديثة، على الرغم من تاريخ طويل من وجودها. وقد تم تحسين التصميم والمواد المستخدمة في الإنتاج فقط، وذلك بفضل التي الشركات المصنعة تدريجيا زيادة مثل هذه المعلمة الهامة مثل معامل التحويل الكهروضوئية أو كفاءة الجهاز. ومن الجدير بالذكر أيضا أن حجم الانتاج الحالي والجهد للبطارية الشمسية يعتمد مباشرة على مستوى الإضاءة الخارجية التي تؤثر عليه.

في هيكل الخلية الشمسية، يتم استخدام مفترق p-n وزوج من الأقطاب الكهربائية لإزالة الجهد الناتج

في الصورة أعلاه يمكن ملاحظة أن الطبقة العليا من تقاطع p-n، التي لديها فائض من الإلكترونات، ترتبط لوحات معدنية بمثابة القطب الموجب، بإرسال الضوء وإضفاء صلابة إضافية للعنصر. الطبقة السفلى في تصميم الخلايا الشمسية لديها نقص الإلكترونات ويتم إرفاق لوحة معدنية صلبة إليه، والذي يعمل بمثابة القطب السالب.

التكنولوجيا التي يتم من خلالها بطارية شمسية يتم تصنيعها يؤثر على كفاءتها

ويعتقد أن مثالي البطارية الشمسية لديها ما يقرب من 20٪ كفاءة. ومع ذلك، في الممارسة العملية ووفقا لأخصائيي الموقع www.sun-battery.biz فإنه يساوي تقريبا 10٪ فقط، على الرغم من حقيقة أن الخلايا الشمسية التي أكثر، والتي هو أقل. أساسا يعتمد على التكنولوجيا، التي يتم تنفيذ p-n تقاطع. وتستمر معظم الخلايا التي تعمل على أساس بلورة واحدة أو السيليكون متعدد الكريستالات في التشغيل الأكثر وجودا، وهي أعلى نسبة من الكفاءة. والثانية بسبب الرخاء النسبي أصبحت أكثر انتشارا. إلى أي نوع من البناء البطارية الشمسية ينتمي يمكن تحديد بالعين المجردة. المحولات الضوئية أحادية هي حصرا الأسود والرمادي، ونماذج على أساس السيليكون متعدد الكريستالات تنبعث سطح أزرق. الخلايا الشمسية الكريستالات، المصنعة من قبل الصب، ثبت أن تكون أرخص في الإنتاج. ومع ذلك، لوحات بولي وحيدة الكريستال لديها عيب واحد – تصميم الخلايا الشمسية على أساس لهم لا يملك المرونة، والتي في بعض الحالات لا تتدخل.

الوضع يتغير مع ظهور في عام 1975 من البطارية الشمسية على أساس السيليكون غير متبلور، العنصر النشط الذي لديه سمك 0.5 إلى 1 ميكرون، وتوفير المرونة لهم. سمك عناصر السيليكون التقليدية تصل إلى 300 ميكرون. ومع ذلك، على الرغم من امتصاص الضوء من السيليكون غير متبلور، وهو حوالي 20 مرة أعلى من السيليكون التقليدية، وكفاءة البطاريات الشمسية من هذا النوع، وهي الكفاءة، لا تتجاوز 12٪. بالنسبة للمتغيرات أحادية ومتعددة الكريستالات، لكل هذا، يمكن أن تصل إلى 17٪ و 15٪ على التوالي.

المواد التي مصنوعة من لوحات تؤثر على خصائص الخلايا الشمسية

السيليكون النقي في تصنيع لوحات للخلايا الشمسية هو عمليا لا تستخدم. في معظم الأحيان، كشوائب لإنتاج لوحة تنتج شحنة موجبة، ويستخدم البورون، والزرنيخ لوحات سالبة الشحنة. بالإضافة إلى ذلك، في إنتاج الخلايا الشمسية، مكونات مثل الزرنيخ، الغاليوم، النحاس، الكادميوم، تيلوريد، السيلينيوم، وغيرها تستخدم على نحو متزايد. وبفضلها، تصبح الألواح الشمسية أقل حساسية للتغيرات في درجات الحرارة المحيطة.

معظم الخلايا الشمسية يمكن أن تتراكم الطاقة، تمثل النظم

في العالم الحديث، وتستخدم الخلايا الشمسية أقل وأقل في كثير من الأحيان، وغالبا ما تمثل ما يسمى النظم. وبالنظر إلى أن الخلايا الضوئية تنتج التيار الكهربائي فقط مع التعرض المباشر لأشعة الشمس أو الضوء، في الليل أو في يوم غائم، فإنها تصبح عديمة الفائدة عمليا. مع أنظمة تعمل بالطاقة الشمسية، كل شيء مختلف. وهي مجهزة ببطارية قادرة على تراكم التيار الكهربائي خلال النهار عندما تولد البطارية الشمسية، وفي الليل، يمكن أن تهمة المتراكمة تعطي للمستهلكين.

النظام الشمسي هو مزيج من البطارية الشمسية وبطارية

لزيادة الطاقة، والجهد الناتج والتيار على أساس الألواح الشمسية، يتم إنشاء لوحات، حيث ترتبط عناصر فردية في سلسلة أو بالتوازي.

العنوان: 111024، موسكو، عشاق شارع 2، vv5 هاتف: +7 (499) 348-20-03

مبدأ تشغيل البطارية الشمسية وجهازها

في الآونة الأخيرة نسبيا، كانت فكرة توفير المنازل الخاصة مع الكهرباء بشكل مستقل رائعة. اليوم هذا واقع موضوعي. في أوروبا، وقد استخدمت الألواح الشمسية لفترة طويلة، لأن هذا هو مصدر لا ينضب من الطاقة الرخيصة. في استقبال لنا من الكهرباء من مثل هذه الأجهزة يحصل فقط شعبية. هذه العملية ليست سريعة جدا، والسبب في ذلك هو ارتفاع تكلفة لهم.

ويستند مبدأ البطارية الشمسية على حقيقة أنه في اثنين من رقائق السيليكون المغلفة مع مختلف المواد (البورون والفوسفور)، وينشأ تيار كهربائي تحت تأثير أشعة الشمس. في اللوحة، التي تغطيها الفوسفور، تظهر الإلكترونات الحرة. يتم تشكيل جسيمات مفقودة في تلك اللوحات التي يتم تغطيتها مع البورون. الإلكترونات تبدأ في التحرك تحت تأثير أشعة الشمس. وهكذا، يتم تشكيل التيار الكهربائي في البطاريات الشمسية. يتم إزالة النوى رقيقة من النحاس، والتي يتم تغطية كل بطارية، من ذلك من قبل تيار وتوجيهها إلى وجهتها.

مع لوحة واحدة، يمكنك تنشيط مصباح كهربائي صغير. ويشير الاستنتاج نفسه. لضمان أن الألواح الشمسية توفر المنزل مع الكهرباء من الطاقة الكافية، فمن الضروري أن منطقتهم كبيرة جدا.

لذلك، مبدأ عملية البطارية الشمسية هو مفهوم. يتم توليد التيار من خلال عمل الأشعة فوق البنفسجية على لوحات خاصة. إذا تم استخدام السيليكون كمواد لإنشاء هذه اللوحات، تسمى البطاريات السيليكون (أو السيليسي).

تتطلب هذه اللوحات أنظمة إنتاج معقدة للغاية. وهذا بدوره يؤثر بشكل كبير على تكلفة المنتجات.

البطاريات الشمسية السيليكون هي من أنواع مختلفة.

محولات الكريستال واحد

هي لوحات مع زوايا مشطوف. لونها هو دائما أسود نقي.

إذا كنا نتحدث عن محولات واحدة الكريستال، ثم مبدأ عملية الخلايا الشمسية يمكن وصفها لفترة وجيزة باعتبارها واحدة فعالة. يتم توجيه جميع خلايا العناصر حساس للضوء من هذه البطارية في اتجاه واحد. هذا يسمح لك للحصول على أعلى نتيجة بين هذه الأنظمة. تصل كفاءة البطاريات من هذا النوع إلى 25٪.

الجانب السلبي هو أن هذه الألواح يجب أن تواجه دائما الشمس.

إذا كانت الشمس يخفي وراء الغيوم، يسقط إلى الأفق، أو لم يصعد بعد، فإن البطاريات تنتج تيار القوة ضعيفة نوعا ما.

لوحات هذه الآليات هي دائما مربع، الأزرق الداكن. تكوين سطحها يشمل بلورات السيليكون غير موحدة.

كفاءة بطاريات الكريستالات ليست عالية مثل تلك النماذج واحد الكريستال. يمكن أن تصل إلى 18٪. ومع ذلك، فإن هذا الخلل يعوض عن الأسس الموضوعية التي ستناقش أدناه.

مبدأ تشغيل هذا النوع من البطاريات الشمسية يجعل من الممكن لتصنيعها ليس فقط من السيليكون النقي، ولكن أيضا من المواد الثانوية. هذا يفسر بعض العيوب التي واجهتها في المعدات. وهناك سمة مميزة للآليات من هذا النوع هي أنها يمكن أن تولد كفاءة التيار الكهربائي حتى في الطقس الغائم. مثل هذه النوعية المفيدة تجعلها لا غنى عنها في الأماكن التي يكون فيها ضوء الشمس المنتشر أمرا شائعا يوميا.

لوحات غير متبلور هي أرخص من غيرها، وهذا يحدد مبدأ البطارية الشمسية وجهازها. تتكون كل لوحة من عدة طبقات رقيقة من السيليكون. وهي مصنوعة عن طريق رش جسيمات من المواد في فراغ على رقائق، والزجاج أو البلاستيك.

كفاءة الألواح أصغر بكثير من النماذج السابقة. ويصل إلى 6٪. طبقات السيليكون تحرق بسرعة في الشمس. في غضون ستة أشهر من استخدام هذه البطاريات، وكفاءتها سوف تنخفض بنسبة 15٪، وأحيانا من قبل جميع 20.

سوف عامين من العمل تستنفد تماما الموارد من المواد الفعالة، وسوف تحتاج إلى تغيير لوحة.

ولكن هناك نوعان من المزايا، بسبب التي لا تزال هذه البطاريات شراء. أولا، أنها تعمل حتى في الطقس الغائم. ثانيا، كما ذكر سابقا، فهي ليست مكلفة مثل الخيارات الأخرى.

فوتوكوبلرز من نوع هجين

السيليكون غير متبلور هو الأساس لموقع الجريزوفولفات. مبدأ البطارية الشمسية يجعلها مماثلة لوحة الكريستالات. الفرق بين البطاريات من هذا النوع هو أنها قادرة على إنتاج تيار كهربائي من قوة أكبر في ظروف أشعة الشمس المتناثرة، على سبيل المثال، في يوم غائم أو عند الفجر.

وبالإضافة إلى ذلك، تعمل البطاريات تحت تأثير ليس فقط من أشعة الشمس، ولكن أيضا في طيف الأشعة تحت الحمراء.

البوليمر فيلم الشمسية المحولات

هذا البديل لألواح السيليكون لديه كل فرصة لاتخاذ مكانة رائدة في سوق الخلايا الشمسية. أنها تشبه فيلم يتكون من عدة طبقات. من بينها، يمكننا التمييز بين شبكة من الموصلات الألومنيوم، طبقة البوليمر من المادة الفعالة، الركيزة العضوية وفيلم واقية.

هذه الخلايا الضوئية جنبا إلى جنب مع بعضها البعض شكل فيلم من نوع البطارية الشمسية من نوع لفة. هذه اللوحات هي أخف وزنا وأكثر إحكاما من تلك السيليكون. عندما يتم تصنيعها، لا يستخدم السيليكون مكلفة، وعملية الإنتاج نفسها ليست مكلفة جدا. وهذا يجعل لوحة لفة أرخص من جميع الآخرين.

مبدأ البطارية الشمسية يجعل كفاءتها ليست عالية جدا.

يتم تخفيض عملية تصنيع لوحات من هذا النوع إلى الطباعة متعددة الطبقات على فيلم الخلايا الضوئية. وينظم الإنتاج في الدانمرك.

ميزة أخرى هي القدرة على قطع لفة– حتى البطارية وضبطه إلى أي حجم وشكل.

ناقص واحد فقط. بدأت بطاريات للتو لإنتاج، لذلك فإنه لا يزال ليس من السهل الحصول عليها. ولكن هناك سبب للاعتقاد بأن هذه العناصر سوف تكتسب بسرعة سمعة طيبة جدارة بين المستهلكين، والتي سوف تعطي الشركات المصنعة الفرصة لإقامة الإنتاج على نطاق أوسع.

التدفئة بواسطة منازل الطاقة الشمسية

مبدأ تشغيل البطارية الشمسية لتسخين منزل يميزها أساسا عن جميع الأجهزة المذكورة أعلاه. انها جهاز مختلف تماما. وفيما يلي وصف لذلك.

الجزء الرئيسي من نظام التدفئة تعمل على الطاقة الشمسية هو جامع الذي يتلقى الضوء وتحويلها إلى الطاقة الحركية. وتتراوح مساحة هذا العنصر بين 30 و 70 مترا مربعا.

يتم استخدام تقنية خاصة لربط جامع. بين لوحات متصلة بواسطة الاتصالات المعدنية.

العنصر التالي من النظام هو المرجل التخزين. فهو يحول الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية. وتشارك في تسخين المياه، والقدرة التي يمكن أن تصل إلى 300 لترا. في بعض الأحيان يتم دعم هذه الأنظمة من قبل المراجل الإضافية على الوقود الجاف.

إكمال جدار نظام التدفئة الشمسية والأرضيات عناصر، حيث أنابيب النحاس رقيقة وزعت في جميع أنحاء منطقتهم، وتعميم السائل الساخن. نظرا لدرجة حرارة منخفضة من بدء تشغيل لوحات وتوحيد نقل الحرارة، وغرفة مع ارتفاع درجات الحرارة بسرعة كافية.

كيف تعمل التدفئة الشمسية؟

دعونا نلقي نظرة فاحصة على مبدأ تشغيل الخلايا الشمسية من الأشعة فوق البنفسجية.

هناك فرق بين درجة حرارة جامع وعنصر التخزين. الناقل الحرارة، الذي هو في معظم الأحيان الماء، الذي يضاف التجمد، ويبدأ في تعميم حول النظام. العمل الذي يقوم به السائل هو على وجه التحديد الطاقة الحركية.

كما يمر السائل من خلال طبقات من النظام، يتم تحويل الطاقة الحركية إلى حرارة، والذي يستخدم لتسخين المنزل. هذه العملية من تداول الناقل يوفر غرفة مع الحرارة ويسمح لك لحفظه في أي وقت من اليوم أو السنة.

لذلك، وجدنا مبدأ الخلايا الشمسية.

مخطط البطارية الشمسية الجهاز ومبدأ التشغيل

مصادر الطاقة البديلة التي تحول أشعة الشمس إلى كهرباء أصبحت أكثر وأكثر في الطلب في الحياة اليومية والصناعة. وهي تستخدم في الطيران، هندسة الفضاء، والإلكترونيات، لخلق النقل الآمن بيئيا. ولكن أكثر الواعدة هو فرع إمدادات الطاقة من المباني: توريد الأجهزة المنزلية ونظام التدفئة من المنزل، وتدفئة الماء الساخن. وتشمل المزايا: الاستقلال عن الوقت من السنة والخدمات العامة، وإمكانية تراكم احتياطيات الطاقة، والموثوقية والخدمة الطويلة في الحياة. ولكن لتحقيق أقصى قدر من التأثير من التطبيق فمن المهم أن نعرف مبدأ تشغيل البطاريات ومراقبة ظروف تركيبها وتشغيلها.

وصف الجهاز، والأنواع

المحولات الكهروضوئية أو بطاريات تخزين الطاقة الشمسية هي لوحة ذات خصائص أشباه الموصلات، مما ينتج تيارا مباشرا عندما تصل إليه أشعة الضوء. يمكن أن يكون الأساس السيليكون (الشكل الأكثر شيوعا) ومركباته مع النحاس والكالسيوم والكادميوم، الإنديوم، أمفورا، العضوية أو الكيميائية الخلايا الضوئية، فيلم البوليمر.

كل مادة لديها معاملها الخاص من الطاقة الشمسية الضوئية (من 5 إلى 30٪)، ونتيجة لذلك، تنتج قوة معينة مع كثافة متساوية من تدفق الضوء. الكثير يعتمد على مساحة البطارية، وبلورة أشباه الموصلات واحدة تنتج كمية ضئيلة من الطاقة، في المتوسط، للحصول على 0.15 كيلووات، وسوف يستغرق 1 M2 من لوحة. والاستثناء هو مركبات البوليمر متعددة الطبقات المبتكرة (بلورات واحدة)، وكفاءتها تصل إلى 30٪، ولكن هذه التكنولوجيا ليست متاحة بعد للمستهلك العادي.

بالإضافة إلى لوحة، دائرة البطارية الشمسية تشمل الأجهزة المساعدة (لنقل وتوزيع وتراكم الطاقة):

• محول العاكس أو دس.
• محرك لتشغيل خالية من المتاعب للنظام في الليل أو في الطقس الغائم.
• استقرار الجهد.
• المراقب المالي لتتبع تهمة.

اعتمادا على المنطقة، يتم استخدام مصغرة بطاريات منخفضة الطاقة (تصل إلى 10 واط) أو لوحات ثابتة كبيرة. الأولى تتعلق المحمولة (شعبية لشحن جهاز كمبيوتر محمول، آلة حاسبة، والأجهزة النقالة). وغالبا ما تستخدم هذه الأخيرة لإمدادات الطاقة والتدفئة في المنزل، وتقع عادة على السطح. منذ قوة البطاريات يتناسب تماما مع كثافة الطاقة الشمسية، أصبح من المستحسن لوضع لوحات التتبع (تغيير زاوية الترتيب، اعتمادا على حركة الشمس). سمك الخيارات من أشباه الموصلات غير هام (من 10 ميكرون إلى 10 سم)، ولكن مع الأخذ بعين الاعتبار الأجهزة المساعدة، وحدات تزن أكثر، والتي تؤخذ في الاعتبار عند حساب الحمل على العوارض الخشبية وسطح السطح.

مبدأ التحويل الكهروضوئية

من أجل فهم كيف تعمل البطارية الشمسية، يجب أن نتذكر بالطبع الفيزياء في المدرسة. عندما يضرب الضوء لوحة من طبقتين من أشباه الموصلات من التوصيلية المختلفة، وينشأ تأثير تقاطع p- n، الإلكترونات من الكاثود ترك ذراتها ومحاصرين على مستوى الأنود. عند توصيلها إلى دائرة الحمل (البطارية)، فإنها تعطي الطاقة المشحونة إيجابيا والعودة إلى n- طبقة. هذه الظاهرة هي أكثر شيوعا المعروفة باسم “فوتوفكت الخارجية”، و لوحة من طبقتين باعتبارها “الخلية الضوئية”. في معظم الأحيان، يتم استخدام نفس المادة: يتم تغطية أشباه الموصلات قاعدة مع نوع معين من الموصلية من قبل طبقة مع تهمة المعاكس، ولكن مع تركيز عال من الشوائب دوبانت.

هذا المبدأ من تشغيل البطاريات الشمسية لم يتغير من لحظة اكتشاف التأثير؛ يكون على حدود المناطق التي تتحقق فيها عملية انتقال حفرة الإلكترون. عندما تتعرض الشمس لكلا الاتجاهين، وحركة الجسيمات المشحونة يحدث، وعندما يتم إغلاق حلقة فيب، وأنها تعمل على الحمل. أما بالنسبة للإرسال الكامل (جمع والتنصت للإلكترونات)، فيستخدم نظام اتصال (الجانب الخارجي للبطارية يشبه شبكة أو مشط، ويكون الجزء الخلفي عادة صلبا). وكلما زادت منطقة تقاطع p-n ومعامل التحويل الكهروضوئي لأشباه الموصلات، كلما زادت قوة الجهاز. الظاهرة المادية ومبدأ التشغيل لا تعتمد على درجة حرارة الهواء، إلا أن كثافة أشعة الشمس مهمة. ونتيجة لذلك، تتأثر كفاءة الفريق بظروف الطقس والمناخ والموسم وخط العرض الجغرافي.

طرق لزيادة كفاءة البطارية

حتى في المنطقة الوسطى من روسيا، وتركيب البطاريات الشمسية يدفع لمدة 3-5 سنوات، لأن الأشعة خالية تماما ومتوفرة على مدار السنة. ولكن لتدفئة منزل كامل في 100 M2 من مساحة قابلة للاستخدام وسوف يستغرق حوالي 30 M2 من الألواح. لتعزيز مبدأ تأثير الكهروضوئية، فمن المستحسن لتنفيذ الأعمال التالية:

1. وضع البطاريات على الجانب الجنوبي في زاوية لا يقل عن 30 درجة.
2. لا تقم بتثبيت الألواح الشمسية تحت ظل الأشجار العالية.
3. مرة واحدة في 2 سنوات، تنظيف سطح الأوساخ.
4. تثبيت نظام تتبع الطاقة الشمسية.

ليس من الضروري الامتناع تماما عن إمدادات الطاقة الخارجية، حتى المجمعات الحديثة ليست قادرة على تجميع ما يكفي من الطاقة لتوفير دعم البناء على نطاق واسع في حالة الطقس السيئ على المدى الطويل. فمن الأفضل لاستخدامها كجزء من نظام مجتمعة.

والغرض الرئيسي من صمام الأمان في أنظمة التدفئة هو حماية الرئيسية والاتصالات من التغيرات المفاجئة في المعلمات المبرد: الضغط ودرجة الحرارة. .

عملية غسل هوائي من نظام التدفئة هو تنظيف الأنابيب والمشعات من انسداد والتآكل والحجم عن طريق تزويد الهواء في الداخل.

البطاريات الشمسية هي تحويل فريد من الطاقة من أشعة الضوء إلى كهرباء مع مصدر خارجي غير محدود. الطلب المتزايد باستمرار على هذا المنتج.