Saules enerģija ir tīrākais un pieejamākais atjaunojamās enerģijas avots. Mūsdienu tehnoloģija var izmantot šo enerģiju dažādiem lietojumiem, tostarp elektroenerģijas ražošanai, gaismas un apkures ūdens nodrošināšanai sadzīves, komerciāliem vai rūpnieciskiem mērķiem.
Saules enerģiju var izmantot arī mūsu elektrības prasību izpildei. Izmantojot saules fotoelementus (SPV), saules starojums tiek tieši pārveidots par līdzstrāvas elektrību. Šo elektrību var izmantot vai nu tādu, kāda tā ir, vai arī to var uzglabāt akumulatorā. Šajā rakstā mēs redzēsim visu par saules enerģiju. Apskatīsim soli pa solim:
Saules fotoelementu (SPV) šūna:
Saules fotoelementi vai saules elementi ir ierīce, kas gaismu pārveido par elektrisko strāvu, izmantojot fotoelektrisko efektu. SPV izmanto daudzās lietojumprogrammās, piemēram, dzelzceļa signālos, ielu apgaismojumā, sadzīves apgaismojumā un attālo telekomunikāciju sistēmu barošanā.
Tam ir p-veida silīcija slānis, kas novietots saskarē ar n-veida silīcija slāni, un elektronu difūzija notiek no n-veida materiāla līdz p-veida materiālam. P tipa materiālā ir caurumi elektronu pieņemšanai. N veida materiāls ir bagāts ar elektroniem, tāpēc saules enerģijas ietekmē elektroni pārvietojas no n veida materiāla un p-n krustojumā apvienojas ar caurumiem. Tas rada maksu abās p-n pārejas pusēs, lai izveidotu elektrisko lauku . Tā rezultātā rodas diodei līdzīga sistēma, kas veicina lādiņa plūsmu. Šī ir dreifējošā strāva, kas līdzsvaro elektronu un caurumu izkliedi. Teritorija, kurā notiek dreifējošā strāva, ir iztukšošanas zona vai kosmosa lādiņa reģions, kurā trūkst mobilo lādiņu nesēju.
Tātad tumsā saules baterija izturas kā pretējs neobjektīvs diode. Kad uz to nokrītas gaisma, tāpat kā diode, saules elementu priekškrasti un strāva plūst vienā virzienā no anoda līdz katodam kā diode. Parasti saules paneļa atvērtās ķēdes (nepievienojot akumulatoru) spriegums ir lielāks par tā nominālo spriegumu. Piemēram, 12 voltu panelis spilgtā saules gaismā dod aptuveni 20 voltus. Bet, kad akumulators ir pievienots tam, spriegums samazinās līdz 14-15 voltiem. Saules fotoelementi (SPV) ir izgatavoti no ārkārtas materiāliem, ko sauc par pusvadītājiem, piemēram, silīciju, kas pašlaik tiek izmantots visbiežāk. Būtībā, kad gaisma ietriecas šūnā, noteikts tās daudzums tiek absorbēts pusvadītāju materiālā. Tas nozīmē, ka absorbētās gaismas enerģija tiek pārnesta uz pusvadītāju.
Arī saules saules baterijām ir viens vai vairāki elektriskie lauki, kas darbojas, lai piespiestu gaismas absorbcijas atbrīvotos elektronus plūst noteiktā virzienā. Šī elektronu plūsma ir strāva, un, novietojot metāla kontaktus SPV šūnas augšpusē un apakšā, mēs varam novilkt šo strāvu, lai to varētu izmantot attālināti. Šūnu spriegums nosaka jaudu, ko saules baterija var radīt. Gaismas pārveidošanas par elektrību procesu sauc par saules fotoelementu (SPV) efektu. Saules paneļu masīvs pārveido saules enerģiju līdzstrāvas elektrībā. Pēc tam līdzstrāvas elektrība nonāk invertorā. Invertors pārveido līdzstrāvas elektroenerģiju par 120 voltu maiņstrāvu, kas nepieciešama sadzīves tehnikai.
Saules panelis:
Saules panelis ir saules bateriju kolekcija. Saules panelis pārveido saules enerģiju par elektroenerģiju. Saules panelis savstarpējiem savienojumiem izmanto Ohmic materiālu, kā arī ārējos spailes. Tātad elektroni, kas izveidoti n veida materiālā, iet caur elektrodu uz vadu, kas savienots ar akumulatoru. Caur akumulatoru elektroni sasniedz p-veida materiālu. Šeit elektroni apvienojas ar caurumiem. Tātad, kad saules panelis ir pievienots akumulatoram, tas darbojas kā cits akumulators, un abas sistēmas ir sērijveidā tāpat kā divas sērijveidā savienotas baterijas.
Saules paneļa jauda ir tā jauda, ko mēra vatos vai kilo vatos. Ir pieejams saules panelis ar dažādiem izejas rādītājiem, piemēram, 5 vati, 10 vati, 20 vati, 100 vati utt. Tāpēc pirms saules paneļa izvēles ir jānoskaidro slodzei nepieciešamā jauda. Jaudas prasības aprēķināšanai izmanto vatstundas vai kilovatstundas. Parasti vidējā jauda ir vienāda ar 20% no maksimālās jaudas. Tāpēc katrs saules masīva maksimālais kilograms vats dod izejas jaudu, kas atbilst enerģijas ražošanai 4,8 kWh dienā. Tas ir 24 stundas x 1 kW x 20%.
Saules paneļa darbība ir atkarīga no vairākiem faktoriem, piemēram, klimata, debesu apstākļiem, paneļa orientācijas, saules gaismas intensitātes un ilguma un tā vadu savienojumiem. Ja saules gaisma ir normāla, 12 voltu 15 vatu panelis dod aptuveni 1 ampēra strāvu. Ja saules panelis tiks pareizi uzturēts, tas kalpos aptuveni 25 gadus. Ir nepieciešams noformēt saules paneļa izvietojumu uz jumta augšdaļas. Parasti tas ir izvietots pret austrumiem 45 grādu leņķī. Tiek izmantota arī saules izsekošanas kārtība, kas pagriež paneli, saulei virzoties no austrumiem uz rietumiem. Svarīgs ir arī elektroinstalācijas savienojums. Labas kvalitātes vads ar pietiekamu mērierīci strāvas apstrādei nodrošinās pareizu akumulatora uzlādi. Ja vads ir pārāk garš, lādēšanas strāva var samazināties. Tātad, saules panelis parasti ir izvietots 10-20 pēdu augstumā no zemes līmeņa. Reizi mēnesī ieteicams pareizi notīrīt saules bateriju paneli. Tas ietver virsmas tīrīšanu, lai notīrītu putekļus un mitrumu, kā arī spaiļu tīrīšanu un atkārtotu savienošanu.
Saules panelim ir pilnīgi četri procesa posmi, kas ir pārslogoti, uzlādēti, izlādējies akumulators un dziļi izlādējies.
No zemāk esošās ķēdes mēs izmantojām saules paneli, jo akumulatora B1 uzlādēšanai caur D10 tiek izmantots strāvas avots. Kamēr akumulators tiek pilnībā uzlādēts, Q1 vada no salīdzinātāja izejas. Tā rezultātā Q2 vada un novirza saules enerģiju caur D11 un Q2 tā, ka akumulators nav pārāk uzlādēts. Kamēr akumulators ir pilnībā uzlādēts, spriegums D10 katoda punktā palielinās. Strāvu no saules paneļa apiet caur D11 un MOSFET noteku un avotu. Kamēr slodzi izmanto slēdža darbība, Q2 parasti nodrošina ceļu uz negatīvo, savukārt pozitīvais ir savienots ar līdzstrāvu, izmantojot slēdzi, ja notiek pārslodze. Par pareizu slodzes darbību normālos apstākļos norāda, kamēr MOSFET Q2 vada.
Saules enerģijas izmantošana:
Apakšā ķēde, lai kontrolētu intensitāti, LED lampas var barot ar dažādu darba ciklu no līdzstrāvas avota. Intensitātes vadības koncepcija palīdz ietaupīt elektrisko enerģiju. Gaismas diodes tiek izmantotas kombinācijā ar piemērotiem mikrokontrollera piedziņas tranzistoriem, kas ir atbilstoši ieprogrammēti praktiskai lietošanai.
Lai to parādītu no 12v līdzstrāvas avota, 4 LED sērijveidā virkni ar 8 * 3 = 24 virknes savieno virknē ar MOSFET, kas darbojas kā slēdzis. MOSFET varētu būt IRF520 vai Z44. Katrs LED ir balts LED un darbojas ar 2.5v. Tādējādi 4 LED sērijveidā nepieciešams 10v. Tāpēc rezistors ir savienots ar 10ohm, 10wat sērijveidā ar gaismas diodēm, kur līdzsvara spriegums tiek samazināts no 12v, ierobežojot strāvu, lai nodrošinātu drošu LED darbību.
Piemēram, ielu apgaismojumam izmantotie LED lukturi krēslas laikā tiek ieslēgti ar pilnu intensitāti līdz plkst. 23:00 ar 99% pienācīgu ciklu LED, t.i., 1% darba ciklam no kontroliera. Ar katru stundu, sākot no pulksten 23:00, gaismas diodes darba cikls pakāpeniski samazinās no 99%, līdz rītam ieslēgšanas laika darba cikls sasniedz 10% no 99% un visbeidzot līdz nullei, kas nozīmē, ka gaismas ir izslēgtas no rīta, ti, no rītausmas līdz krēslai. Operācija atkārtojas no krēslas ar pilnu intensitāti līdz plkst. 23:00 no pulksten 18:00 un plkst. 12 pusnaktī tas ir 80% darba cikls, 1'o pulkstenis 70%, 2'o pulkstenis 60%, 3'o pulkstenis 50%, 4'o pulkstenis 40% un tā tālāk līdz 10% un beidzot izslēgts rītausmā.
LED intensitāte mainās atkarībā no impulsa platuma modulācijas, kā parādīts zemāk attēlā.
