Prinsip pengoperasian baterai surya: bagaimana panel surya diatur dan bekerja

jam air

Metode pengontrolan perangkat putar ini ditemukan oleh seorang mahasiswa Kanada yang giat dan bertanggung jawab untuk memutar hanya satu sumbu, sumbu horizontal.

Prinsip operasinya juga sederhana dan adalah sebagai berikut:

1. Baterai surya dipasang pada posisi semula ketika sinar matahari mengenai fotosel secara tegak lurus.
2. Setelah itu, sebuah wadah berisi air dipasang pada salah satu sisinya, dan sebuah benda yang beratnya sama dengan wadah berisi air diikatkan pada sisi yang lain. Bagian bawah wadah harus memiliki lubang kecil.
3. Melalui itu, air secara bertahap akan mengalir keluar dari tangki, karena itu beratnya akan berkurang, dan panel perlahan-lahan akan miring ke arah penyeimbang. Penting untuk menentukan dimensi lubang untuk wadah secara eksperimental.

Metode ini adalah yang paling sederhana.Selain itu, menghemat sumber daya material yang akan dihabiskan untuk pembelian mesin, seperti halnya dengan jarum jam. Selain itu, Anda dapat memasang sendiri mekanisme putar dalam bentuk jam air, bahkan tanpa memiliki pengetahuan khusus.

Manfaat panel surya

Energi surya merupakan bidang yang menjanjikan yang terus berkembang. Mereka memiliki beberapa keunggulan utama. Kemudahan penggunaan, umur panjang, keamanan dan keterjangkauan.

Aspek positif dari penggunaan baterai jenis ini:

• Terbarukan - sumber energi ini praktis tidak memiliki batasan, apalagi gratis. Setidaknya untuk 6,5 miliar tahun ke depan. Penting untuk memilih peralatan, memasangnya dan menggunakannya untuk tujuan yang dimaksudkan (di rumah pribadi atau plot pondok).
• Kelimpahan - Permukaan bumi menerima rata-rata sekitar 120.000 terawatt energi, yang merupakan 20 kali konsumsi energi saat ini. Panel surya untuk cottage atau rumah pribadi memiliki potensi besar untuk digunakan.
• Keteguhan - energi matahari konstan, oleh karena itu umat manusia tidak terancam dengan pengeluaran berlebihan dalam proses penggunaannya.
• Ketersediaan - energi matahari dapat dihasilkan di area mana pun, selama ada cahaya alami. Namun, paling sering digunakan untuk pemanas rumah.
• Kebersihan ekologis - energi surya adalah industri yang menjanjikan yang akan menggantikan pembangkit listrik yang beroperasi pada sumber daya tak terbarukan: gas, gambut, batu bara, dan minyak di masa depan. Aman untuk kesehatan manusia dan hewan peliharaan.

• Selama produksi panel dan pemasangan pembangkit listrik tenaga surya, emisi signifikan zat berbahaya atau beracun tidak terjadi ke atmosfer.
• Tenang – Pembangkit listrik hampir senyap, dan oleh karena itu pembangkit listrik jenis ini lebih baik daripada pembangkit listrik tenaga angin. Pekerjaan mereka disertai dengan dengungan konstan, karena itu peralatan cepat rusak, dan karyawan harus sering istirahat untuk istirahat.
• Ekonomis – saat menggunakan panel surya, pemilik properti mengalami pengurangan tagihan listrik yang signifikan. Panel memiliki masa pakai yang lama - pabrikan memberikan jaminan pada panel dari 20 hingga 25 tahun. Pada saat yang sama, pemeliharaan seluruh pembangkit listrik dikurangi menjadi pembersihan permukaan panel secara berkala (setiap 5-6 bulan) dari kotoran dan debu.

Prinsip pengoperasian baterai surya

Akibat kebocoran muatan pada batas lapisan p dan n, zona muatan positif tak terkompensasi terbentuk di lapisan n, dan zona muatan negatif terbentuk di lapisan p, mis. diketahui semua orang dari kursus sekolah fisika p-n-junction. Beda potensial yang terjadi pada transisi, beda potensial kontak (penghalang potensial) mencegah lewatnya elektron dari lapisan-p, tetapi dengan bebas melewati pembawa minor dalam arah yang berlawanan, yang memungkinkan untuk memperoleh foto-EMF ketika sinar matahari mengenai sel surya.

Saat terkena sinar matahari, foton yang diserap mulai menghasilkan pasangan lubang elektron yang tidak seimbang. Elektron yang dihasilkan di dekat transisi melewati dari lapisan-p ke daerah-n.

Demikian pula, kelebihan lubang dan lapisan n masuk ke lapisan-p (gambar a).Ternyata muatan positif terakumulasi di lapisan-p, dan muatan negatif menumpuk di lapisan-n, menyebabkan tegangan di sirkuit eksternal (Gambar b). Sumber arus memiliki dua kutub: positif - lapisan-p dan negatif - lapisan-n.

Ini adalah prinsip dasar cara kerja sel surya. Elektron dengan demikian tampaknya berjalan dalam lingkaran, yaitu. meninggalkan lapisan-p dan kembali ke lapisan-n, melewati beban (akumulator).

Aliran keluar fotolistrik dalam elemen sambungan tunggal hanya disediakan oleh elektron yang memiliki energi lebih tinggi dari lebar celah pita tertentu. Mereka yang memiliki energi lebih sedikit tidak berpartisipasi dalam proses ini. Keterbatasan ini dapat dihilangkan dengan struktur multilayer yang terdiri dari lebih dari satu SC, di mana: celah pita berbeda. Mereka disebut kaskade, multi-persimpangan atau tandem. Konversi fotolistrik mereka lebih tinggi karena fakta bahwa sel surya tersebut beroperasi dengan spektrum matahari yang lebih luas. Di dalamnya, fotosel terletak saat celah pita berkurang. Sinar matahari pertama jatuh pada fotosel dengan zona terluas, sedangkan penyerapan foton dengan energi tertinggi terjadi.

Kemudian, foton yang melewati lapisan atas jatuh pada elemen berikutnya, dan seterusnya. Di bidang elemen kaskade, arah utama penelitian adalah penggunaan galium arsenida sebagai satu atau beberapa komponen. Elemen tersebut memiliki efisiensi konversi 35%.Elemen terhubung ke baterai, karena kemampuan teknis tidak memungkinkan pembuatan elemen terpisah dengan ukuran besar (karenanya, daya).

Sel surya dapat bekerja untuk waktu yang lama. Mereka telah membuktikan diri sebagai sumber energi yang stabil dan andal, telah diuji di luar angkasa, di mana bahaya utama bagi mereka adalah debu meteor dan radiasi, yang menyebabkan erosi elemen silikon. Tetapi, karena, di Bumi, faktor-faktor ini tidak memiliki efek negatif pada mereka, dapat diasumsikan bahwa masa pakai elemen akan lebih lama.

Panel surya sudah siap melayani manusia, menjadi sumber daya untuk berbagai perangkat, mulai dari ponsel hingga kendaraan listrik.

Dan ini sudah merupakan upaya kedua manusia untuk mengekang energi matahari yang tak terbatas, memaksanya bekerja untuk kebaikannya sendiri. Upaya pertama adalah membuat kolektor surya, di mana listrik dihasilkan dengan memanaskan air hingga titik didih dengan sinar matahari yang terkonsentrasi.

Keuntungan baterai surya adalah mereka langsung menghasilkan listrik, kehilangan energi jauh lebih sedikit daripada kolektor surya multi-tahap, di mana proses mendapatkannya dikaitkan dengan konsentrasi sinar matahari, memanaskan air, menghasilkan uap yang memutar turbin uap , dan baru setelah itu menghasilkan listrik dengan generator. Parameter utama panel surya - pertama-tama, daya

Maka penting berapa banyak energi yang mereka miliki

Parameter ini tergantung pada kapasitas baterai dan jumlahnya. Parameter ketiga adalah konsumsi daya puncak, yang berarti jumlah kemungkinan koneksi perangkat secara bersamaan.Parameter penting lainnya adalah tegangan pengenal, yang menentukan pilihan peralatan tambahan: inverter, panel surya, pengontrol, baterai.

Keuntungan dan kerugian

Panel surya, seperti perangkat lain, memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri. Keuntungan yang tidak diragukan dari sistem ini meliputi:

• Kemungkinan operasi otonom memungkinkan Anda untuk mengatur catu daya objek, perangkat elektronik, dan penerangan, dari jarak jauh dari jaringan listrik stasioner.
• Penghematan biaya yang signifikan selama operasi. Sinar matahari yang berubah menjadi listrik tidak dikenakan biaya dan tidak memerlukan biaya tambahan. Anda hanya perlu membayar untuk inverter dan baterai yang memerlukan penggantian berkala. Dan bahkan dalam kasus ini, panel surya akan terbayar dalam waktu sekitar 10 tahun dengan masa garansi rata-rata 25-30 tahun. Jika Anda mengikuti semua aturan pengoperasian, baterai dapat bertahan lebih lama.
• Dibandingkan dengan pembangkit listrik konvensional yang mengkonsumsi bahan bakar dan mencemari lingkungan, skema pengoperasian panel surya ini ramah lingkungan dan bebas kebisingan.

Namun, perangkat ini juga memiliki kelemahan serius, yang harus diperhitungkan terlebih dahulu dalam perhitungan awal:

• Tingginya biaya tidak hanya panel, tetapi juga komponen tambahan - inverter, pengontrol, baterai.
• Pengembalian terlalu lama. Uang ditarik dari peredaran untuk waktu yang lama.
• Tata surya dengan sel fotovoltaik membutuhkan banyak ruang.Cukup sering, untuk tujuan ini, perlu untuk menggunakan tidak hanya seluruh atap, tetapi juga dinding bangunan, yang secara serius melanggar keputusan desain desain. Diperlukan ruang tambahan untuk baterai dengan kapasitas besar, yang dalam beberapa kasus dapat memakan seluruh ruangan.
• Proses pembangkitan listrik terjadi tidak merata, tergantung waktu. Kerugian ini dikompensasi oleh baterai isi ulang, yang mengumpulkan listrik di siang hari dan memberikannya kepada konsumen di malam hari.

Transistor sebagai dasar dari elemen ringan

Transistor cocok untuk tujuan kita, karena di dalamnya terdapat elemen semikonduktor silikon yang cukup besar, yang akan digunakan untuk menghasilkan listrik. Yang terbaik adalah memilih transistor seperti KT atau P.

Kami mulai bekerja. Pertama-tama, kami memotong penutup logam dari jumlah komponen radio yang diperlukan. Ini lebih mudah dilakukan jika Anda menjepit transistor pada catok dan memotongnya dengan gergaji besi dengan hati-hati. Di dalam Anda akan melihat piring. Ini adalah bagian utama dari perangkat masa depan kita. Ini akan berfungsi sebagai fotosel bagi kita.

Bagian akan memiliki tiga kontak: basis, emitor dan kolektor. Selama perakitan, pilih persimpangan kolektor karena perbedaan potensial tertinggi.

Perakitan do-it-yourself paling baik dilakukan pada permukaan datar dari bahan dielektrik apa pun.

Transistor yang akan Anda gunakan saat membuat panel surya harus diperiksa sebelum bekerja. Untuk tujuan ini, kami mengambil multimeter sederhana.Penting untuk mengalihkan perangkat ke mode pengukuran saat ini, menyalakannya antara basis dan kolektor atau emitor transistor. Kami menghapus indikator - biasanya perangkat menunjukkan arus kecil - pecahan miliamp, lebih jarang sedikit lebih dari 1 mA. Selanjutnya, kami mengalihkan perangkat ke mode pengukuran tegangan (batas 1-3 V), dan kami mendapatkan nilai tegangan keluaran (ini akan menjadi sekitar beberapa persepuluh volt). Diinginkan untuk mengelompokkan transistor dengan nilai tegangan keluaran yang dekat.

pemasangan

Panel surya dipasang pada struktur khusus, koneksi yang menentukan kemampuan fotosel untuk menahan segala kondisi cuaca buruk, seperti angin kencang, hujan atau salju, dan juga berkontribusi pada pembentukan sudut kemiringan yang benar.

Desain ini tersedia untuk dijual dalam versi berikut:

• cenderung - sistem seperti itu optimal untuk pemasangan di atap bernada;
• horizontal - desain ini melekat pada atap datar;
• berdiri bebas - baterai jenis ini dapat dipasang di atap dengan berbagai jenis dan ukuran.

Proses pemasangan baterai yang sebenarnya dilakukan sesuai dengan skema berikut:

untuk mengencangkan bingkai panel, diperlukan kotak logam berukuran 50x50 mm, dan di samping itu, kotak berukuran 25x25 mm diperlukan, yang digunakan untuk balok pengatur jarak

Kehadiran bagian-bagian ini memungkinkan untuk mencapai kekuatan yang diperlukan dan stabilitas yang andal dari struktur pendukung, dan juga memberikan tingkat kemiringan yang diperlukan;
anda perlu merakit bingkai, untuk ini Anda membutuhkan baut berukuran 6 dan 8 m;
struktur diikat di bawah atap dengan kancing 12 mm;
lubang kecil terbentuk di kotak yang disiapkan, panel dipasang di dalamnya, dan sekrup harus digunakan untuk daya rekat yang lebih kuat;
selama pekerjaan pemasangan, perhatian khusus harus diberikan pada bingkai - tidak boleh ada distorsi di dalamnya. Jika tidak, tegangan berlebih pada sistem dapat terjadi, yang akan menyebabkan retaknya kaca.

Pemasangan panas matahari dan sumber cahaya di loggia atau di balkon berlangsung sesuai dengan skema yang sama. Satu-satunya pengecualian adalah bahwa bingkai dipasang pada bidang miring. Itu dipasang di antara dinding bantalan utama bangunan dan ujung bangunan, selalu di sisi yang cerah. Perakitan sendiri dan pemasangan panel surya dari semua jenis tidak memerlukan pengalaman dalam pekerjaan konstruksi, namun beberapa keterampilan pemasangan masih diperlukan. Jika mau, Anda dapat melakukan instalasi sendiri dengan aman, namun, sebelum itu, alangkah baiknya untuk membaca literatur khusus tentang fitur-fitur menginstal pales dan mempelajari kelas master yang tersedia di Internet, dan, tentu saja, persediaan di alat-alat yang diperlukan.

Keuntungan bekerja dengan tangan Anda sendiri sudah jelas - ini menghemat banyak uang untuk layanan spesialis, serta pengalaman luar biasa yang mungkin Anda perlukan di masa depan. Pada saat yang sama, jika kemampuan pribadi tidak cukup, maka Anda tidak hanya dapat kehilangan waktu, tetapi juga menyebabkan panel pecah atau efisiensinya rendah.

Keunikan

Saat ini, baterai berdasarkan polikristal fotovoltaik adalah yang paling banyak digunakan.Model seperti itu dibedakan oleh kombinasi biaya yang optimal dan jumlah energi yang dilepaskan, mereka dicirikan oleh warna biru yang kaya dan struktur kristal dari elemen utama. Mereka sangat mudah dipasang, karena bahkan seorang master tanpa banyak pengalaman kerja dapat mengatasi pemasangannya di rumah pribadinya dan di pondok musim panas mereka. Panel fotovoltaik monokristalin adalah yang paling populer kedua.

Sel surya, yang dibuat menggunakan silikon amorf, dicirikan oleh efisiensi yang agak rendah. Namun, harganya agak lebih rendah daripada biaya analog, sehingga model ini diminati oleh pemilik rumah pedesaan. Saat ini, produk semacam itu menguasai 85% pasar. Mereka tidak dapat membanggakan kekuatan tinggi dan modifikasi telluride kadmium; produksi mereka didasarkan pada teknik film berteknologi tinggi: beberapa ratus mikrometer suatu zat diterapkan dalam lapisan tipis pada permukaan yang tahan lama. Perlu dicatat bahwa pada tingkat efisiensi produk yang sangat rendah, kekuatannya cukup tinggi.

Pilihan lain untuk baterai bertenaga surya adalah varietas berbasis semikonduktor CIGS. Seperti versi sebelumnya, mereka diproduksi menggunakan teknologi film, tetapi efisiensinya jauh lebih tinggi. Secara terpisah, ada baiknya memikirkan mekanisme pengoperasian panas matahari dan sumber cahaya. Hal utama adalah menyadari dengan jelas bahwa jumlah total energi yang dihasilkan sama sekali tidak dapat bergantung pada tingkat efisiensi perangkat itu sendiri, karena biasanya semua jenis perangkat tersebut memberikan daya yang kira-kira sama.Perbedaan utamanya adalah panel yang memiliki efisiensi maksimum membutuhkan lebih sedikit ruang untuk pemasangannya.

Panel surya memiliki keunggulan sebagai berikut:

• keramahan lingkungan instalasi;
• periode penggunaan yang lama, di mana fitur operasional panel tetap tinggi secara konsisten;
• teknologi jarang rusak, oleh karena itu mereka tidak memerlukan layanan dan pemeliharaan, serta perbaikan yang mahal;
• penggunaan baterai berdasarkan energi matahari memungkinkan Anda untuk mengurangi biaya listrik dan gas di rumah;
• panel surya sangat mudah digunakan.

Namun, itu juga bukan tanpa kekurangan, di antara yang paling signifikan adalah sebagai berikut:

• panel panggung tinggi;
• kebutuhan untuk memasang berbagai peralatan tambahan untuk menyinkronkan secara efektif energi yang diterima dari baterai dan yang diperoleh dari sumber tradisional;
• panel tidak dapat digunakan dalam kontak dengan peralatan yang membutuhkan daya tinggi.

9. Fitur sel surya dengan titik kuantum

Jenis baterai terakhir yang menjanjikan dalam waktu dekat dibangun di atas sifat-sifat titik kuantum fisik - inklusi mikroskopis semikonduktor dalam bahan tertentu. Secara geometris, "titik-titik" ini berukuran beberapa nanometer dan didistribusikan di dalam material untuk menutupi penyerapan radiasi dari seluruh spektrum matahari - IR, cahaya tampak, dan UV.

Keuntungan besar dari panel semacam itu adalah kemampuan untuk bekerja bahkan di malam hari, menghasilkan sekitar 40% dari daya maksimum siang hari.

Karakteristik fisik dan teknis, sertifikasi dan pelabelan

Terlepas dari apa panel surya terbuat, masing-masing memiliki sejumlah karakteristik penting berikut:

• mekanis – parameter geometris, berat total, jenis bingkai, kaca pelindung, jumlah sel, jenis dan lebar konektor;
• listrik atau volt-ampere - daya, tegangan rangkaian terbuka, kekuatan arus pada beban maksimum, efisiensi panel secara keseluruhan dan sel-sel individu pada khususnya;
• suhu - perubahan efisiensi dengan peningkatan suhu dengan satuan besaran tertentu (biasanya - 1 derajat);
• kualitas – masa pakai, tingkat degradasi sel, kehadiran dalam daftar peringkat Bloomberg;
• fungsional - kebutuhan dan kemudahan perawatan, kemudahan pemasangan/pembongkaran.

Panel surya industri, apa pun bahannya, harus disertifikasi. Persyaratan minimum adalah sertifikat kualitas ISO, CE, TUV (internasional) dan / atau Serikat Pabean (bila dijual di dalamnya).

Aturan pelabelan internasional juga wajib. Sebagai contoh, singkatan CHN-350M-72 berisi informasi berikut:

• CHN - pengenal pabrikan (dalam hal ini, China ChinaLand);
• 350 – daya panel dalam watt;
• M - penunjukan silikon kristal tunggal;
• 72 adalah jumlah sel fotovoltaik dalam modul.

Apa yang bisa Anda buat panel surya dengan tangan Anda sendiri di rumah

Ini membutuhkan hal berikut:

Skema dan perhitungan yang telah digambar sebelumnya.
Sejumlah sel surya prefabrikasi - mereka adalah yang termurah untuk dibeli secara online, misalnya, di situs web Aliexpress atau di toko online lainnya

Perhatikan fakta bahwa semua elemen memiliki karakteristik listrik yang sama. Bingkai buatan sendiri yang terbuat dari kayu dan kayu lapis - aturan perakitannya dapat dilihat di banyak video di internet

Plexiglas atau plexiglass untuk lapisan pelindung permukaan.
Cat dan lem tahan panas untuk memproses permukaan kayu.
Strip kontak dan kabel untuk menghubungkan sel. Diagram berbagai metode koneksi juga dapat dipelajari di Internet.
Besi solder dan solder. Pekerjaan menyolder harus dilakukan dengan sangat hati-hati agar tidak merusak produk masa depan.
Lem silikon dan sekrup self-tapping untuk memasang baterai prefabrikasi di dalam bingkai.

Baterai kecil akan membutuhkan investasi sekitar $30-50, sedangkan versi pabrik dengan kapasitas yang sama hanya berharga 10-20% lebih mahal.

Tentu saja, desain buatan sendiri seperti itu tidak akan bertahan 25 tahun, tidak akan memiliki kekuatan pembangkit listrik tenaga surya yang lengkap, dan tidak akan dapat membanggakan efisiensi yang signifikan. Namun, biayanya akan seminimal mungkin.

Perangkat baterai surya

Agar baterai surya dapat mengubah cahaya matahari menjadi arus, diperlukan elemen-elemen berikut:

1. Lapisan fotovoltaik yang berperan sebagai semikonduktor. Ini diwakili oleh dua lapisan bahan dengan konduktivitas berbeda. Di sini, elektron dapat berpindah dari daerah p (+) ke daerah n (-). Ini disebut persimpangan p-n;
2. Sebuah elemen ditempatkan di antara dua lapisan semikonduktor, yang pada dasarnya merupakan penghalang bagi transisi elektron;
3. Sumber kekuasaan. Penting untuk terhubung ke elemen yang mencegah transfer elektron. Ini mengubah pergerakan elektron bermuatan, mis. menciptakan arus listrik.Baterai akumulator. Mengumpulkan dan menyimpan energi;
4. pengontrol muatan. Fungsi utamanya adalah untuk menghubungkan dan memutuskan baterai solar berdasarkan tingkat pengisian. Perangkat yang lebih canggih mampu mengontrol tingkat daya maksimum;
5. Konverter DC ke AC (inverter);
6. Stabilizer tegangan. Memberikan perlindungan untuk sistem baterai surya dari lonjakan daya.