|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Використання сонячних елементів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Ласкаво просимо у світ фотоелектрики, у світ електроенергії, що отримується від сонця. Якщо читач досі не був знайомий із фотоелектрикою, то він отримає справжнє задоволення і буде винагороджений за це знайомство. Ми поговоримо про використання та застосування кремнієвих сонячних елементів. Незалежно від того, де буде застосовано пристрій, сонячні елементи є його складовою та цікаві самі по собі. Таким чином, важливо зрозуміти їхню природу і навчитися ними користуватися. У цьому розділі немає нічого складного. Ми тільки збираємося поговорити про "гвинтики та гайочки". Основні принципи роботи Принцип роботи сонячного елемента досить простий і ось у чому. При освітленні кремнієвий сонячний елемент генерує електричну напругу величиною 0,5 В. Незалежно від типу та схеми включення всі (великі та малі) кремнієві сонячні елементи генерують напругу 0,5 В. По-іншому справа з вихідним струмом елемента. Він залежить від інтенсивності світла та розміру елемента, під яким мається на увазі площа поверхні. Зрозуміло, що елемент площею 10х 10 см2 вчетверо перевищує елемент площею 4x5 см5, отже, він видає вчетверо більший струм. Сила струму залежить також від довжини хвилі світла та його інтенсивності, причому вона прямо пропорційна інтенсивності випромінювання. Чим яскравіше світло, тим більший струм генерується сонячним елементом. Збільшення вихідних характеристик сонячних елементів Сонячні елементи використовувалися дуже рідко, якби експлуатувалися в межах згаданих параметрів. Лише в деяких випадках потрібна така низька напруга (0,5) при довільних вимогах до величини споживаного струму.
На щастя, тут немає обмежень. Сонячні елементи можна з'єднувати послідовно та паралельно з метою збільшення вихідних характеристик. Розглянемо сонячні елементи як звичайні батарейки. Відомо, що для збільшення яскравості ліхтаря використовують кілька батарейок. По суті, при послідовному включенні батарей збільшується повна напруга (рис. 1). Те саме можна зробити з сонячними елементами. Поєднуючи позитивний висновок одного елемента з негативним висновком іншого, від двох елементів можна отримати напругу величиною 1 В. Подібним чином три елементи дадуть 1,5 В, чотири - 2 В і т. д. Теоретично напруга, що розвивається послідовно з'єднаними сонячними елементами, за умови , Що є достатня їх кількість, може досягти тисячі вольт! На жаль, з точки зору збільшення вихідного струму послідовне з'єднання має властивий йому недолік. При послідовному з'єднанні елементів живлення вихідний струм не перевищує рівня, характерного для гіршого елемента ланцюга. Це справедливо для всіх джерел живлення незалежно від того, чи є батареєю, блоком живлення або сонячними елементами. Це означає, що при будь-якій кількості 2-амперних сонячних елементів у ланцюгу 1-амперний елемент визначатиме величину повного вихідного струму, тобто 1 А. Отже, якщо ви прагнете досягти максимальних характеристик, необхідно узгодити струми всіх елементів ланцюга. Добре, з напругою зрозуміло. Але як збільшити вихідний струм сонячного елемента? Адже сонце світить із певною яскравістю. Вихідний струм залежить від площі поверхні елемента, тому природний шлях підвищення струму - це збільшення площі елемента (або елементів). Елементів? Саме!
Якщо взяти чотири елементи розміром 5x5 см2 кожен і з'єднати їх паралельно, як показано на рис. 2 то можна досягти такого ж результату, як при заміні чотирьох елементів одним розміром 10x10 см2 (в обох випадках площа поверхні однакова і становить 100 см2). Необхідно засвоїти, що з паралельному з'єднанні збільшується лише величина струму, а чи не напруги. Незалежно від кількості паралельно з'єднаних елементів (4 або 50) генерується напруга складе не більше 0,5 Ст. Фотоелектричні батареї Можна здогадатися, про що йтиметься. Дійсно, щоб використовувати переваги обох способів включення можна комбінувати послідовне і паралельне з'єднання елементів. Подібна комбінація називається батареєю. Батареї можна складати у будь-якій бажаній комбінації. Найпростішою батареєю є ланцюжок із послідовно включених елементів. Можна також з'єднати паралельно ланцюги елементів, окремі елементи в ланцюжках або поєднувати їх в будь-якій іншій комбінації. На рис. 3 представлені лише три приклади із можливих комбінацій.
Відмінності у характері сполук елементів на рис. 3, хоча всі вони мають однакові вихідні характеристики, продиктовані різними вимогами до надійності. На рис. 3 а три послідовні ланцюжки елементів з'єднані паралельно. Такий спосіб використовується, коли висока ймовірність короткого замикання окремих елементів. На рис. 3 б представлена схема паралельно-послідовного з'єднання елементів. При такому з'єднанні вихід з ладу одного з елементів, наприклад, через появу тріщини, не призводить до втрати цілого ланцюжка внаслідок розриву ланцюга. В останньому прикладі (рис. 3, в) прийняті до уваги обидва випадки з мінімумом сполук. Можливі інші типи з'єднань, і їх вибір повинен визначатися конкретними умовами роботи пристрою. Слід пам'ятати одну важливу умову. Незалежно від польоту вашої фантазії ланцюжки, що паралельно підключаються, з елементів обов'язково повинні відповідати один одному за напругою. Не можна паралельно з'єднувати ланцюжок із 15 елементів і короткий ланцюжок із 5 елементів. При такому з'єднанні батарея не працюватиме. Зворотне зміщення При роботі із сонячними батареями, як правило, стикаються з явищем, що не має місця при використанні звичайних джерел живлення. Це пов'язане з так званим зворотним усуненням. Щоб зрозуміти, що це таке, звернімося до рис. 4.
На цьому малюнку зображено 8 послідовно з'єднаних елементів. Повна вихідна напруга ланцюжка становить 4 В, а як навантаження підключений резистор RL. Поки все добре. Але давайте затемнімо фотоелемент D непрозорим предметом, наприклад рукою, і подивимося, що станеться. Ймовірно, ви думаєте, що напруга впаде до 3,5 В, чи не так? Нічого подібного! Сонячний елемент, який не виробляє електричної енергії, є ланкою з великим внутрішнім опором, а не закоротку. Відбувається те саме, що і при розмиканні вимикача, але цей вимикач розімкнуто не повністю - через нього протікає невеликий струм. У більшості випадків ефективний опір затемненого сонячного елемента набагато більше величини навантажувального резистора RL. Тому практично можна розглядати RL як шматок дроту, що з'єднує негативний та позитивний висновки. Це означає, що функцію навантаження виконує тепер елемент D. Що роблять інші елементи? Забезпечують енергією це навантаження! В результаті елемент D розігрівається і при досить сильному розігріві може вийти з ладу (вибухнути). У результаті в нас залишається батарея з послідовного ланцюжка з одним недіючим елементом - незавидна ситуація.
Ефективний шлях вирішення цієї проблеми – паралельне підключення шунтуючих діодів до всіх елементів, як це показано на рис. 5. Діоди підключені так, що при роботі сонячного елемента вони зміщені назад напругою самого елемента. Тому через діод струм не протікає і батарея функціонує нормально. Припустимо тепер, що один із елементів затінюється. При цьому діод виявляється прямо зміщеним і через нього протікає навантаження струм в обхід несправного елемента. Звичайно, вихідна напруга всього ланцюжка зменшиться на 0,5 В, але усунеться джерело саморуйнівної сили. Додаткова перевага полягає в тому, що батарея продовжує нормально працювати. Без шунтуючих діодів вона повністю вийшла б з ладу. Насправді недоцільно шунтувати кожен елемент батареї. Необхідно керуватися міркуваннями економії та використовувати шунтуючі діоди, виходячи з розумного компромісу між надійністю та вартістю. Як правило, один діод використовують для захисту 1/4 батареї. Таким чином, на всю батарею потрібно всього 4 діоди. У цьому випадку ефект затінення буде призводити до 25% (цілком допустимого) зниження вихідної потужності. Різання елементів на частини Не завжди серійні елементи точно відповідають вашому задуму. Хоча вам намагаються запропонувати більший вибір, немає способу задовольнити всі запити. На щастя, цього не потрібно. Монокристалічним сонячним елементам можна надати будь-якої бажаної форми.
Що це саме так, вам слід знати, бо монокристалічні сонячні елементи виготовлені з великого монокристалу. Атом кремнію має чотири валентні електрони і утворює кубічну кристалічну решітку. На рис. 6 представлений типовий круглий сонячний елемент із виділеною зернистою структурою. Якщо докласти зусилля до цієї структури із сильно пов'язаних електронів, то вздовж дефектної лінії з'явиться тріщина. Це дуже схоже на тріщину, що виникає внаслідок землетрусу. Структура кристала відома, і, отже, напрямок тріщини можна передбачити. Якщо зусилля прикладено до краю, зображеного на рис. 6 пластини в точці А, механічні сили, що діють всередині кристала, розколють його на дві половини. Тепер замість одного елемента є два. Скажімо, необхідно розколоти такий елемент на чотири однакові частини. Цього можна досягти, доклавши зусилля спочатку вздовж вертикальної дефектної лінії, а потім уздовж горизонтальної. На щастя, це можна зробити одночасно. Більшість монокристалічних круглих елементів позначені хрестиком у центрі. Якщо натиснути в цій точці ножем з хрестоподібним наконечником, елемент розколеться на чотири акуратні частини. Не страшно, якщо ви не потрапите точно центром. Елемент розколеться, але не на рівні частини. Розміри уламків будуть визначатися точкою докладання зусилля, але вони будуть розколоті вздовж однакових площин. Лінії скола завжди паралельні один одному, і всі перетину відбуваються під прямим кутом. Керуючись цими правилами, можна отримати елементи будь-яких необхідних розмірів. Намагаючись вперше розколоти елемент, потрібно бути дуже обережним: не можна працювати на жорсткій поверхні. Додаючи велике зусилля до елемента, що лежить на твердій плоскій поверхні, можна лише зробити в ньому отвір. Для створення механічного напруження необхідно, щоб елемент прогнувся. Я встановив, що пари аркушів паперу (можна газетного) достатньо при розколі елемента. Розколоти таким чином можна лише монокристалічні елементи. Полікристалічні елементи (wacker cells), що недавно з'явилися, розколоти симетрично не вдається. Якщо спробувати це зробити, сонячний елемент розлетиться на мільйон уламків. Полікристалічний елемент легко відрізнити від монокристалічного. Монокристал в результаті обробки має рівну, гладку структуру поверхні. Полікристал виглядає як оцинкована сталь із її характерним виглядом поверхні. Пайка сонячних елементів Після того, як сонячні елементи підібрані для роботи, їх потрібно спаяти. Зазвичай у нашому розпорядженні є серійні сонячні елементи, забезпечені струмознімальними сітками та тильними контактами, які призначені для припаювання до них провідників. При виготовленні контакти найчастіше покриваються припоєм, що містить невелику кількість срібла. Срібло оберігає жало паяльника від руйнування та можливої адгезії тонких металевих контактів при паянні. Пам'ятайте, що струмознімальні сітки також крихкі, як металеві провідники друкованих плат. Виробники сонячних елементів зазвичай використовують спеціальні припій, флюс і провідники для з'єднань. Припій, що містить 2% срібла, можна придбати в магазині. Замість каніфолі необхідно використовувати звичайний флюс на водній основі, щоб його можна було легко змити з поверхні елемента після паяння. Найважче знайти плоский, стрічковий провідник, оскільки він рідко буває у продажу. Тим не менш, можна виготовити щось схоже, якщо взяти мідний дріт і розплющити його кінець молотком. Замість неї можна використовувати мідну фольгу або просто тонкий мідний дріт. Сам процес паяння нескладний, але його потрібно виконувати швидко. Пластина кремнію є дуже хорошим тепловідведенням, і якщо торкатися паяльником елемента тривалий час, жало паяльника охолоне нижче за температуру плавлення припою. Спочатку необхідно залудить дріт, використовуючи трохи більше припою, ніж зазвичай, але не занадто. Сонячний елемент вже залужений під час виготовлення. Для роботи рекомендується використовувати паяльник потужністю 30 Вт або 40 Вт. Жало паяльника має бути чистим і прогрітим. Поки паяльник гріється, на елемент наноситься флюс і залужена дріт притискається до основи контакту елемента. Тепер торкаються гарячого паяльника до поверхні дроту. Необхідно, щоб з'єднання "обволокло" розплавленим припоєм і забезпечився надійний контакт дроту з елементом. Паяння виконується за один дотик: працювати треба швидко, але акуратно. Тильний контакт припаюється аналогічно. Для отримання послідовного ланцюжка елементів лицьовий контакт першого елемента з'єднується дротом з заднім контактом другого. Потім іншим відрізком дроту з'єднують лицьовий контакт другого з заднього третього і т. д. Лицьовий контакт є негативним електродом, тоді як тильний - позитивним. Іншим широко поширеним способом є з'єднання елементів типу черепичного даху. Якщо ви коли-небудь бачили черепичний дах, ви зрозуміли ідею. Лицьовий контакт одного елемента накривається зверху тильним контактом іншого. Місце торкання прогрівається паяльником, і таким чином два елементи з'єднуються один з одним. Така сполука показана на рис. 7.
Необхідно набрати на жало деяку надлишкову кількість припою, щоб надійно спаяти елементи. Будьте обережні та не перегрійте елемент, інакше контакту взагалі не буде. У такий спосіб краще паяти невеликі елементи, у яких можна одночасно прогріти всю область контакту. Найкраще користуватися спеціальним прямокутним наконечником для паяльника, призначеним для випаювання інтегральних мікросхем з друкованих плат. Рівномірні нагрівання і тиск стануть запорукою успіху. Захист батареї Тепер, коли батарею зібрано, необхідно захистити її від механічних пошкоджень та впливу погодних умов. Найкраще помістити елементи лицьовою поверхнею на чистий аркуш скла або оргскла. Переважно використовувати захисне скло, потім, в порядку зменшення захисних властивостей, йдуть зміцнене шибку, акриловий пластик і звичайне шибку. Прозоре покриття оберігає батарею від механічних пошкоджень при ударах та скручуванні, вигинах. Але воно погано захищає від вологи. Як відомо, кремній злегка гігроскопічний; це означає, що він вбирає зовсім небагато води. Однак після тривалого часу спостерігається поступове зниження вихідних характеристик елемента, обумовлене впливом вологості. Таким чином, термін служби батареї безпосередньо залежить від якості вологоізоляції. Вологоізоляцію можна забезпечити багатьма способами. Відповідно до одного з них тильну сторону можна залити рідкою гумою. Для цього потрібно зробити рамку по периметру захисного скла, щоб рідкий полімер не перелився через край. Крім того, міцна рамка добре оберігає захисне скло від бічного удару. Згідно з іншим методом, тильну сторону батареї покривають товстим листом майларового пластику і нагрівають всю батарею, наприклад, за допомогою лампи розжарювання, до розплавлення майлара та його зчеплення з передньою захисною кришкою. Ця операція потребує певної навички, особливо у разі великих батарей. Задню кришку майлару можна просто приклеїти. Часто згадана операція простіше нагріву, але при цьому погіршуються ізоляційні властивості. Зрештою, тильну сторону елементів батареї можна покрити кількома шарами латексу. Це не так естетично, але забезпечує досить хороші вологоізоляційні властивості. Останнім способом по порядку, але не за значущістю є виготовлення герметично вологонепроникної ізольованої коробки для елементів. Це дорого, але забезпечує потрібну вологоізоляцію. Автор: Байєрс Т.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Робомобілі для будівництва автомагістралей ▪ Щоб уникнути парування, самки жаб прикидаються мертвими
▪ розділ сайту Попередні підсилювачі. Добірка статей ▪ стаття Чорна троянда - емблема печалі. Крилатий вислів ▪ стаття Гречка розширена. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Пробник генератор - підсилювач. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Поява вази з живими рибками. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page