Solární energie je nejčistší a nejdostupnější obnovitelný zdroj energie. Moderní technologie může tuto energii využít pro nejrůznější použití, včetně výroby elektřiny, poskytování světla a topné vody pro domácí, komerční nebo průmyslové aplikace.
Solární energii lze také použít ke splnění našich požadavků na elektřinu. Prostřednictvím solárních fotovoltaických článků (SPV) se sluneční záření přeměňuje přímo na stejnosměrný proud. Tuto elektřinu lze použít tak, jak je, nebo ji lze uložit v baterii. V tomto článku uvidíme vše o sluneční energii. Podívejme se krok za krokem:
Solární fotovoltaický článek (SPV):
Solární fotovoltaický nebo solární článek je zařízení, které pomocí fotoelektrického jevu mění světlo na elektrický proud. SPV se používají v mnoha aplikacích, jako jsou železniční signály, pouliční osvětlení, domácí osvětlení a napájení vzdálených telekomunikačních systémů.
Má křemíkovou vrstvu typu p umístěnou do kontaktu s křemíkovou vrstvou typu n a k difúzi elektronů dochází z materiálu typu n do materiálu typu p. V materiálu typu p jsou otvory pro přijímání elektronů. Materiál typu n je bohatý na elektrony, takže vlivem sluneční energie se elektrony pohybují z materiálu typu n a ve spojení p-n se spojují s otvory. Tím se vytvoří náboj na obou stranách p-n křižovatky a vytvoří se elektrické pole . V důsledku toho se vyvíjí systém podobný diodám, který podporuje tok náboje. Jedná se o driftový proud, který vyvažuje difúzi elektronů a děr. Oblast, ve které dochází k driftovému proudu, je zóna vyčerpání nebo oblast vesmírného náboje, která postrádá mobilní nosiče náboje.
Takže ve tmě se solární článek chová jako dioda s předpětím. Když na něj dopadá světlo, jako je dioda, solární článek předpíná dopředu a proud proudí v jednom směru z anody na katodu jako dioda. Napětí otevřeného obvodu (bez připojení baterie) solárního panelu je obvykle vyšší než jeho jmenovité napětí. Například 12voltový panel poskytuje kolem 20 voltů za jasného slunečního světla. Ale když je k němu připojena baterie, napětí klesne na 14-15 voltů. Solární fotovoltaické články (SPV) jsou vyrobeny z mimořádných materiálů zvaných polovodiče, například křemík, který je v současnosti nejpoužívanější. V zásadě, když světlo zasáhne buňku, je její část absorbována v polovodičovém materiálu. To znamená, že energie absorbovaného světla se přenáší do polovodiče.
Solární fotovoltaické články také všechny mají jedno nebo více elektrických polí, která působí tak, že nutí elektrony uvolněné absorpcí světla proudit určitým směrem. Tento tok elektronů je proud a umístěním kovových kontaktů na horní a dolní část buňky SPV můžeme tento proud odebírat a dálkově využít. Napětí článků definuje energii, kterou může solární článek vyrobit. Proces přeměny světla na elektřinu se nazývá solární fotovoltaický efekt (SPV). Řada solárních panelů převádí sluneční energii na stejnosměrnou elektřinu. DC elektřina poté vstupuje do střídače. Střídač přeměňuje stejnosměrnou elektřinu na 120voltovou střídavou elektřinu potřebnou pro domácí spotřebiče.
Solární panel:
Solární panel je sbírka solárních článků. Solární panel převádí sluneční energii na elektrickou energii. Solární panel používá ohmický materiál pro propojení i pro externí terminály. Takže elektrony vytvořené v materiálu typu n prochází elektrodou k drátu připojenému k baterii. Prostřednictvím baterie se elektrony dostanou k materiálu typu p. Zde se elektrony kombinují s otvory. Když je tedy solární panel připojen k baterii, chová se jako jiná baterie a oba systémy jsou zapojeny do série jako dvě baterie zapojené sériově.
Výstupem solárního panelu je jeho výkon, který se měří ve wattech nebo kilogramech wattu. K dispozici je solární panel s různými jmenovitými výkony, například 5 W, 10 W, 20 W, 100 W atd. Před výběrem solárního panelu je tedy nutné zjistit požadovaný výkon pro zátěž. Pro výpočet požadavku na výkon se používá watthodina nebo kilowatthodina. Průměrný výkon se zpravidla rovná 20% špičkového výkonu. Proto každý špičkový kilo watt solárního pole poskytuje výstupní výkon, který odpovídá produkci energie 4,8 kWh / den. To je 24 hodin x 1 kW x 20%.
Výkon solárního panelu závisí na řadě faktorů, jako je klima, podmínky oblohy, orientace panelu, intenzita a doba trvání slunečního záření a jeho kabelových spojů. Pokud je sluneční světlo normální, panel s 12 volty 15 wattů poskytuje přibližně 1 ampérový proud. Pokud je solární panel řádně udržován, vydrží přibližně 25 let. Je nutné navrhnout uspořádání solárního panelu na střeše. Obvykle je uspořádán směrem na východ pod úhlem 45 stupňů. Používá se také uspořádání solárního sledování, které otáčí panel, jak se slunce pohybuje z východu na západ. Důležité je také zapojení. Kvalitní vodič s dostatečným průřezem pro manipulaci s proudem zajistí správné nabití baterie. Pokud je vodič příliš dlouhý, může se nabíjecí proud snížit. Solární panel je tedy zpravidla umístěn ve výšce 10–20 stop od úrovně terénu. Doporučuje se řádné čištění solárního panelu jednou za měsíc. To zahrnuje čištění povrchu k odstranění prachu a vlhkosti a čištění a opětovné připojení svorek.
Solární panel má zcela čtyři procesní kroky přetížení, při nabití, vybité baterii a stavu hlubokého vybití, pojďme je všechny.
Z níže uvedeného obvodu jsme použili solární panel, který slouží jako zdroj proudu k nabíjení baterie B1 přes D10. Zatímco baterie je plně nabitá, Q1 vede z výstupu komparátoru. To má za následek, že Q2 vede a odvádí sluneční energii přes D11 a Q2 tak, že baterie není příliš nabitá. Když je baterie plně nabitá, napětí v katodovém bodě D10 stoupá. Proud ze solárního panelu je přemostěn přes D11 a odtok a zdroj MOSFET. Zatímco je zátěž používána operací spínače, Q2 obvykle poskytuje cestu k zápornému pólu, zatímco kladné je připojeno k stejnosměrnému proudu přes spínač v případě přetížení. Správný provoz zátěže za normálních podmínek je indikován během vedení MOSFET Q2.
Aplikace sluneční energie:
Z níže uvedeného obvodu lze pro ovládání intenzity napájet LED lampy s měnícím se pracovním cyklem ze stejnosměrného zdroje. Koncept řízení intenzity pomáhá šetřit elektrickou energií. LED diody se používají v kombinaci s vhodnými budicími tranzistory z mikrokontroléru řádně naprogramovanými pro praktickou aplikaci.
Abychom předvedli totéž ze zdroje 12 V DC, vytvoří 4 LED v sérii řetězec s 8 * 3 = 24 řetězců je zapojeno do série s MOSFET fungujícím jako přepínač. MOSFET může být IRF520 nebo Z44. Každá LED je bílá LED a pracuje při 2,5 V. 4 LED v sérii tedy potřebují 10 V. Proto je rezistor připojen k 10 ohmům, 10 wattů v sérii s LED diodami, kde je balanční napětí sníženo z 12 V omezením proudu pro bezpečný provoz LED diod.
Například LED světla používaná pro pouliční osvětlení se zapínají za soumraku s plnou intenzitou do 23:00 s 99% řádným cyklem pro LED, tj. 1% pracovní cyklus z ovladače. S každou hodinou postupující od 23:00 klesá pracovní cyklus pro LED z 99% postupně, takže ráno pracovní cyklus ON dosáhne 10% z 99% a nakonec na nulu, což znamená, že světla jsou vypnuta od rána, tj. Od úsvitu do soumraku. Operace se znovu opakuje od soumraku s plnou intenzitou do 23:00 od 18:00 a ve 12 hodin v noci je to 80% pracovní cyklus, hodiny 1% 70%, hodiny 2 ° 60%, hodiny 3% 50%, 4 ° hodiny 40% a tak dále do 10% a nakonec VYPNUTO za úsvitu.
Intenzita LED se mění podle modulace šířky pulzu, jak je znázorněno na následujícím obr.
