แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ทำงานอย่างไร? จุดประสงค์ของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร? ทำอย่างไรให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด

หนึ่งในแหล่งพลังงานคือการสร้างพลังงานทดแทนจากดวงอาทิตย์ ปรากฏค่อนข้างเร็ว ๆ นี้ แต่ได้รับความนิยมในประเทศสหภาพยุโรปแล้วเนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงและราคาสมเหตุสมผล

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่แทบจะไม่มีวันหมด สามารถสะสมและเปลี่ยนลำแสงเป็นพลังงานและไฟฟ้าได้ ในประเทศ CIS แหล่งพลังงานใหม่กำลังได้รับความนิยมอย่างค่อยเป็นค่อยไป (อย่างไรก็ตาม คุณสามารถอ่านบทความเกี่ยวกับวิธีเลือกแผงโซลาร์เซลล์ได้)

ส่วนประกอบ

การเชื่อมต่อมีสองประเภท:

• ตามลำดับ;
• ขนาน.

ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือในการเชื่อมต่อแบบขนาน กระแสจะเพิ่มขึ้น และในอนุกรม แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น

หากมีความจำเป็นสำหรับการทำงานสูงสุดของสองพารามิเตอร์พร้อมกัน จะใช้อนุกรมแบบขนาน

แต่ควรระลึกไว้เสมอว่าการโหลดสูงอาจทำให้หน้าสัมผัสบางส่วนไหม้ได้ ไดโอดถูกใช้เพื่อป้องกันสิ่งนี้

ไดโอดหนึ่งตัวสามารถปกป้องโฟโตเซลล์ได้หนึ่งในสี่ หากไม่ได้อยู่ในอุปกรณ์ มีความเป็นไปได้สูงที่แหล่งพลังงานทั้งหมดจะหยุดทำงานหลังจากฝนตกหรือพายุเฮอริเคนครั้งแรก

จุดสำคัญ:การสะสมหรือความแรงของกระแสไฟฟ้าไม่สอดคล้องกับพารามิเตอร์ที่เป็นไปได้ของเครื่องใช้ในครัวเรือนที่ทันสมัย ​​ดังนั้นจึงจำเป็นต้องแจกจ่ายและสะสมกระแสไฟฟ้า

ในการทำเช่นนี้ ขอแนะนำให้เชื่อมต่อเพิ่มเติมอย่างน้อยสองรายการหนึ่งจะสะสมและสำรองหรือสำรองที่สอง

นี่คือตัวอย่างการทำงานของแบตเตอรี่เพิ่มเติม เมื่ออากาศภายนอกดีและมีแดด ประจุไฟฟ้าจะเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและหลังจากนั้นไม่นานก็มีพลังงานส่วนเกินอยู่แล้ว

ดังนั้นกระบวนการทั้งหมดนี้จึงถูกควบคุมโดยรีโอสแตทแบบพิเศษ ซึ่งสามารถถ่ายโอนไฟฟ้าที่ไม่จำเป็นทั้งหมดไปยังแหล่งสำรองเพิ่มเติมได้ในช่วงเวลาหนึ่ง

คุณสามารถทำความคุ้นเคยกับบทวิจารณ์ของเจ้าของแผงโซลาร์เซลล์ได้ในบทความนี้:

หลักการทำงาน

หลักการทำงานของแหล่งพลังงานทางเลือกคืออะไร?

ประการแรก เซลล์แสงอาทิตย์เป็นเวเฟอร์ซิลิกอน ในทางกลับกัน ซิลิกอนในองค์ประกอบทางเคมีมีความคล้ายคลึงกันสูงสุดกับซิลิกอนบริสุทธิ์ ความแตกต่างเล็กน้อยนี้ทำให้สามารถลดต้นทุนของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และเปิดใช้งานบนสายพานลำเลียงได้แล้ว

ซิลิคอนจำเป็นต้องตกผลึกเนื่องจากในตัวมันเองเป็นสารกึ่งตัวนำ ผลึกเดี่ยวนั้นง่ายกว่ามาก แต่ไม่มีหลายหน้าเนื่องจากอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงได้

ใน เมื่อเร็วๆ นี้เทคโนโลยีสำหรับการได้รับพลังงานทางเลือกกำลังพัฒนาอย่างแข็งขัน เหล่านี้คือแผงโซลาร์เซลล์ (SB) ฟาร์มกังหันลม และอุปกรณ์อื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง แผงเซลล์แสงอาทิตย์หรือที่เรียกว่าแผงโซลาร์เซลล์ถือว่ามีแนวโน้มที่ดีเป็นพิเศษ เนื่องจากเมื่อพิจารณาถึงชีวิตนิรันดร์ของดวงอาทิตย์ พลังงานดังกล่าวจะไม่มีวันหมดสิ้น แม้จะมีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง แต่ก็ให้พลังงานฟรีและสะอาด อย่างไรก็ตาม ราคาของ SB จะลดลงทุกปี ซึ่งบ่งชี้ถึงโอกาสที่ดีในการแนะนำอย่างกว้างขวาง

อุปกรณ์แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เป็นระบบของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ในรูปแบบของเครื่องแปลงเซลล์แสงอาทิตย์ที่แปลงพลังงานของดวงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงโดยใช้หลักการของโฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟกต์

1 - ตัวควบคุม
2 - แบตเตอรี่
3 - อินเวอร์เตอร์
4 - โมดูล
5 - อุปกรณ์ไฟฟ้า

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์มีองค์ประกอบดังต่อไปนี้:

• ประกอบด้วยวัสดุสองชั้นที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน ตัวอย่างเช่น อาจเป็นโพลีคริสตัลไลน์หรือซิลิกอนผลึกเดี่ยวที่มีสารประกอบทางเคมีอื่นๆ รวมอยู่ด้วย เพื่อสร้างหลักการของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกของจุดแยก p-n นั่นคือวัสดุชนิดหนึ่งมีอิเล็กตรอนไม่เพียงพอและอีกชนิดหนึ่งมีอิเล็กตรอนมากเกินไป
• เป็นชั้นที่บางที่สุดของธาตุที่ต้านทานการถ่ายโอนอิเล็กตรอน
• . เมื่อเชื่อมต่อกับชั้นตรงข้าม โซนกั้นจะถูกเอาชนะได้ง่ายโดยอิเล็กตรอน เป็นผลให้มีการเคลื่อนที่ตามคำสั่งของอนุภาคที่ติดเชื้อซึ่งก็คือกระแสไฟฟ้า
• . ให้การสะสมและการอนุรักษ์พลังงาน
• . สร้างการเปลี่ยนแปลง กระแสตรงมาจากแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เป็นตัวแปร
• . ให้การสร้างแรงดันไฟฟ้าของช่วงที่ต้องการในระบบแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

หลักการทำงาน

• แสงแดดในรูปของแสงโฟตอนตกกระทบพื้นผิวของเซลล์แสงอาทิตย์
• เมื่อชนกับพื้นผิวของสารกึ่งตัวนำ โฟตอนจะถ่ายโอนพลังงานไปยังอิเล็กตรอนของสารกึ่งตัวนำ
• อิเล็กตรอนที่หลุดออกจากเซมิคอนดักเตอร์อันเป็นผลมาจากการกระแทกจะเอาชนะชั้นป้องกันโดยมีพลังงานเพิ่มเติมอยู่ด้วย
• เป็นผลให้อิเล็กตรอนเชิงลบผ่านเข้าไปในตัวนำ n จากตัวนำ p และอิเล็กตรอนที่เป็นบวกจะเคลื่อนที่ตรงกันข้าม การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้รับการอำนวยความสะดวกโดยสนามไฟฟ้าที่มีอยู่ในตัวนำ ต่อจากนั้นจะเพิ่มความแตกต่างและความแรงของประจุ

หากแบตเตอรี่ที่ส่องสว่างจากดวงอาทิตย์ปิดอยู่ที่โหลดหนึ่งที่มีความต้านทาน R จะมีการสังเกตลักษณะของกระแสไฟฟ้า I ค่าของมันถูกกำหนดโดยความต้านทานโหลด, ความเข้มของการส่องสว่างและคุณภาพของตัวแปลงตาแมว . กำลัง P ที่กระจายไปในโหลดถูกกำหนดโดยสูตร P= I*U โดยที่ U แสดงถึงแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่

ชนิด

ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์สามารถ:

• แผงเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดโมโนคริสตัลไลน์ มีประสิทธิภาพ แต่มีราคาแพงกว่าประสิทธิภาพคือ 14-16% องค์ประกอบผลึกเดี่ยวมีรูปร่างหลายเหลี่ยมซึ่งทำให้ยากต่อการเติมเต็มพื้นที่ทั้งหมด
• แผ่นซิลิคอนอสัณฐาน แบตเตอรี่ดังกล่าวมีประสิทธิภาพต่ำในช่วง 6-8% แต่ในบรรดาเทคโนโลยีตัวแปลงซิลิกอน พวกเขามีไฟฟ้าที่ถูกที่สุด
• แผงแคดเมียมเทลลูไรด์ผลิตขึ้นจากเทคโนโลยีฟิล์ม การใช้ชั้นเซมิคอนดักเตอร์นั้นดำเนินการด้วยชั้นหลายร้อยไมโครเมตร ประสิทธิภาพอยู่ที่ 11% แต่เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ซิลิคอน กำลังวัตต์ถูกกว่าหลายสิบเปอร์เซ็นต์
• แผงที่ใช้สารกึ่งตัวนำ CIGS ซึ่งประกอบด้วยซีลีเนียม แกลเลียม อินเดียม และทองแดง ประสิทธิภาพของแผงดังกล่าวถึง 15%;
• แผงโพลิเมอร์ นี่คือแบตเตอรี่ฟิล์มบางชนิดหนึ่งซึ่งมีหลักการทำงานคล้ายกับการสังเคราะห์แสงของพืช ประกอบด้วยชั้นโพลิเมอร์ ชั้นป้องกัน แผ่นรองหลังแบบยืดหยุ่น และอิเล็กโทรดอะลูมิเนียม ประสิทธิภาพ 5-6%;
• ที่พบมากที่สุดเนื่องจากอัตราส่วนที่เหมาะสมของประสิทธิภาพและราคาคือแผงที่ทำจากเซลล์แสงอาทิตย์แบบคริสตัลไลน์ ประสิทธิภาพของพวกเขาถึง 12-14%

SB สามารถแบ่งตามเงื่อนไขออกเป็นประเภทต่อไปนี้:

• ฟิล์มบางหรือยืดหยุ่นได้ (ขึ้นอยู่กับแคดเมียมเทลลูไรด์ ผลึก และอสัณฐาน);
• แข็ง(จากซิลิกอนที่เป็นผลึก บางครั้งเป็นอสัณฐาน);
• ฝ่ายเดียว(ดูดแสงด้านเดียว);
• ทวิภาคี(ดูดแสงทั้งสองด้าน).

ลักษณะเฉพาะ

• การชาร์จแบตเตอรี่ในแสงแดดอ่อนจะลดลงทำให้เครื่องรับไฟฟ้ามีพลังงานไฟฟ้า นั่นคือ มีการทำงานอย่างต่อเนื่องในโหมดการชาร์จและการคายประจุ การควบคุมดำเนินการโดยตัวควบคุมพิเศษ
• SB ไม่ต้องการการบำรุงรักษาเชิงป้องกันเป็นพิเศษ อาจต้องใช้การปัดฝุ่นเท่านั้น
• นอกจากนี้ยังสามารถใช้แผงในฤดูหนาวได้ อย่างไรก็ตาม ผลผลิตในช่วงเวลานี้จะลดลงหนึ่งถึงครึ่งถึงสองเท่า เพื่อป้องกันไม่ให้หิมะสะสมบนแผง ควรติดตั้งที่มุม 70 องศาบนเนินเขา
• แผงโซลาร์เซลล์เหมาะที่สุดสำหรับระบบออฟกริดที่มีเครื่องใช้ในครัวเรือนที่ประหยัดพลังงานจำนวนมากที่ไม่ได้เปิดตลอดเวลา

แอปพลิเคชัน

แผงโซลาร์เซลล์สามารถใช้ได้เกือบทุกที่:

• ยานพาหนะไฟฟ้า
• อิเล็กทรอนิกส์พกพา.
• เครื่องคิดเลข ไฟฉาย เครื่องเล่น และอื่นๆ นั่นคือทุกที่ที่คุณต้องการชาร์จแบตเตอรี่ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคต่างๆ
• การบิน. นี่คือวิธีการสร้างเครื่องบิน Solar Impulse ซึ่งขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์เท่านั้น
• แหล่งจ่ายไฟสำหรับบ้าน โรงเรียน สนามบิน และอาคารอื่นๆ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ใช้กันอย่างแพร่หลายในพื้นที่กึ่งเขตร้อนและเขตร้อนที่มีแสงแดดจัด เป็นที่นิยมโดยเฉพาะในประเทศแถบเมดิเตอร์เรเนียน
• ใช้ในอวกาศ SB ถูกติดตั้งบนสถานีอวกาศนานาชาติ ติดตั้งบนดาวเทียม ยานอวกาศและยานระหว่างดาวเคราะห์ และอื่นๆ อีกมากมาย

ข้อดีและข้อเสีย

ข้อดีคือ:

• เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
• ความทนทาน โซลาร์เซลล์มีอายุการใช้งานหลายสิบปี
• หลักการทำงานง่ายๆ ด้วยเหตุนี้จึงไม่มีการพังทลายของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์
• ไม่มีเสียง;
• ความเป็นไปได้ของงานถาวร
• ไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง
• การเผยแพร่;
• ความสามารถในการเปลี่ยนพลังของระบบ

ข้อบกพร่องสามารถสังเกตได้:

• ประสิทธิภาพต่ำ เราต้องการพื้นที่แบตเตอรี่ขนาดใหญ่เพื่อตอบสนองความต้องการของครอบครัวขนาดเล็ก
• ความซับซ้อนของการประกอบและการปรับระบบ
• แผงเซลล์แสงอาทิตย์มีราคาค่อนข้างสูงรวมถึงการคืนทุนต่ำของระบบ

ผู้มีโอกาสเป็นลูกค้า

ความปรารถนาของมนุษยชาติในด้านความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและการปฏิเสธการใช้น้ำมันจะนำไปสู่การแนะนำเทคโนโลยีประหยัดพลังงานมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งหมายความว่าจะใช้แผงโซลาร์เซลล์ได้ทุกที่ และการสร้างแผงที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นจะช่วยให้:

• ติดตั้งแผงพลังงานให้กับอาคารส่วนใหญ่
• ติดตั้งในรถยนต์ ถนน หุ่นยนต์ และอุปกรณ์อื่น ๆ อีกมากมาย
• ติดตั้งในเสื้อผ้าและแม้แต่ฝังในคน นักวิทยาศาสตร์เกาหลีใต้ได้สร้างเซลล์สุริยะใต้ผิวหนังที่บางกว่าเส้นผมถึง 15 เท่า ช่วยให้มั่นใจถึงการทำงานที่ราบรื่นของอุปกรณ์ที่ฝังในร่างกาย เช่น เครื่องกระตุ้นหัวใจ

แหล่งพลังงานทางเลือกที่เปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้ากำลังเป็นที่ต้องการมากขึ้นในชีวิตประจำวันและในอุตสาหกรรม พวกมันถูกใช้ในการบิน การพัฒนาอวกาศ อิเล็กทรอนิกส์ เพื่อสร้างยานพาหนะที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่ภาคที่มีแนวโน้มมากที่สุดถือเป็นแหล่งพลังงานของอาคาร: จ่ายไฟให้กับเครื่องใช้ในครัวเรือนและระบบทำความร้อนในบ้าน, เครื่องทำน้ำร้อน ข้อดีได้แก่: เป็นอิสระจากฤดูกาลและระบบสาธารณูปโภค ความเป็นไปได้ในการสะสมพลังงานสำรอง ความน่าเชื่อถือ และอายุการใช้งานที่ยาวนาน แต่เพื่อให้บรรลุผลสูงสุดจากการใช้งาน สิ่งสำคัญคือต้องทราบหลักการทำงานของแบตเตอรี่และปฏิบัติตามเงื่อนไขสำหรับการติดตั้งและการใช้งาน

ตัวแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์หรือแบตเตอรี่เก็บพลังงานแสงอาทิตย์เป็นแผ่นที่มีคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำที่สร้างกระแสตรงเมื่อลำแสงตกกระทบ พื้นฐานสามารถเป็นซิลิกอน (ชนิดที่พบมากที่สุด) และสารประกอบที่มีทองแดง แกลเลียม แคดเมียม อินเดียม แอมโฟรา โฟโตเซลล์อินทรีย์หรือเคมี ฟิล์มโพลิเมอร์

วัสดุแต่ละชนิดมีค่าสัมประสิทธิ์ FEC ของแสงแดด (ตั้งแต่ 5 ถึง 30%) และเป็นผลให้ผลิตพลังงานที่ความเข้มเท่ากันของฟลักซ์ส่องสว่าง ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของแบตเตอรี่ ชิปเซมิคอนดักเตอร์ตัวเดียวผลิตพลังงานได้เล็กน้อย โดยเฉลี่ยแล้วต้องใช้แผง 1 ตร.ม. เพื่อให้ได้ 0.15 กิโลวัตต์ ข้อยกเว้นคือสารประกอบโพลีเมอร์หลายชั้นที่เป็นนวัตกรรมใหม่ (ผลึกเดี่ยว) ประสิทธิภาพของพวกมันถึง 30% แต่เทคโนโลยีนี้ยังไม่พร้อมให้บริการสำหรับผู้บริโภคทั่วไป

นอกจากแผ่นเพลตแล้ว วงจรแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ยังมีอุปกรณ์เสริม (สำหรับการส่ง การจ่าย และการจัดเก็บพลังงาน):

• อินเวอร์เตอร์หรือตัวแปลง DC
• ขับเคลื่อนเพื่อให้ระบบทำงานอย่างต่อเนื่องในเวลากลางคืนหรือในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก
• เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้า.
• ตัวควบคุมการติดตามการชาร์จ

ขึ้นอยู่กับพื้นที่ จะใช้แบตเตอรี่พลังงานต่ำขนาดเล็ก (สูงสุด 10 W) หรือแผงแบบอยู่กับที่ขนาดใหญ่ อดีตเป็นแบบพกพา (นิยมชาร์จแล็ปท็อป เครื่องคิดเลข อุปกรณ์พกพา) ส่วนที่สองมักใช้สำหรับจ่ายพลังงานและทำความร้อนในบ้านซึ่งมักจะอยู่บนหลังคา เนื่องจากพลังงานของแบตเตอรี่เป็นสัดส่วนอย่างสมบูรณ์กับความเข้มของแสงอาทิตย์ จึงแนะนำให้วางแผงติดตาม (เปลี่ยนมุมของตำแหน่ง ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์) ความหนาของตัวเลือกเซมิคอนดักเตอร์นั้นไม่มีนัยสำคัญ (ตั้งแต่ 10 ไมครอนถึง 10 ซม.) แต่เมื่อคำนึงถึงอุปกรณ์เสริมแล้วโมดูลจะมีน้ำหนักมากกว่าซึ่งจะนำมาพิจารณาเมื่อคำนวณภาระบนจันทันและพื้นผิวหลังคา

หลักการแปลงตาแมว

เพื่อให้เข้าใจวิธีการทำงานของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ คุณควรจำหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียน เมื่อแสงตกกระทบแผ่นสารกึ่งตัวนำสองชั้นที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน เอฟเฟกต์การเปลี่ยนแปลง p-n จะเกิดขึ้น อิเล็กตรอนจากแคโทดจะออกจากอะตอมและถูกจับที่ระดับแอโนด เมื่อเชื่อมต่อกับวงจรโหลด (แบตเตอรี่) พวกมันจะให้พลังงานที่มีประจุบวกและกลับไปที่ชั้น n ปรากฏการณ์นี้เรียกกันทั่วไปว่า "เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกภายนอก" และแผ่นสองชั้นเรียกว่า "โฟโตเซลล์" ส่วนใหญ่มักจะใช้วัสดุเดียวกัน: เซมิคอนดักเตอร์ฐานที่มีค่าการนำไฟฟ้าบางประเภทถูกปกคลุมด้วยชั้นที่มีประจุตรงข้าม แต่มีสารเจือปนเข้มข้นสูง

หลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์นี้ไม่มีการเปลี่ยนแปลงตั้งแต่มีการค้นพบผลกระทบ มันอยู่ที่ขอบเขตของโซนที่เกิดการเปลี่ยนผ่านของรูอิเล็กตรอน เมื่อสัมผัสกับแสงแดดทั้งสองทิศทาง การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุต่างกันจะผ่านไป เมื่อปิดวงจร FEP พวกมันจะทำงานบนโหลด สำหรับการถ่ายโอนเต็มรูปแบบ (การรวบรวมและการกำจัดอิเล็กตรอน) ระบบสัมผัสจะใช้ (ด้านนอกของแบตเตอรี่คล้ายกับตะแกรงหรือหวีและด้านหลังมักจะเป็นของแข็ง) ยิ่งพื้นที่รอยต่อ p-n และค่าสัมประสิทธิ์การแปลงโฟโตอิเล็กทริกของเซมิคอนดักเตอร์สูงเท่าไร อุปกรณ์ก็จะผลิตพลังงานได้มากขึ้นเท่านั้น ปรากฏการณ์ทางกายภาพและหลักการทำงานไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศ แต่ความเข้มของแสงแดดเท่านั้นที่สำคัญ ด้วยเหตุนี้ ค่าของประสิทธิภาพของแผงควบคุมจึงได้รับอิทธิพลจากสภาพอากาศ ภูมิอากาศ ฤดูกาล ละติจูดทางภูมิศาสตร์

วิธีปรับปรุงประสิทธิภาพแบตเตอรี่

แม้แต่ในรัสเซียตอนกลาง การติดตั้งแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์จะได้ผลภายใน 3-5 ปี เนื่องจากรังสีนั้นไม่มีค่าใช้จ่ายและใช้ได้ตลอดทั้งปี แต่สำหรับการทำความร้อนเต็มรูปแบบของบ้านที่มีพื้นที่ใช้สอย 100 ตร.ม. จะต้องใช้แผงประมาณ 30 ตร.ม. เพื่อปรับปรุงหลักการของโฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟกต์ ขอแนะนำให้ดำเนินการต่อไปนี้:

1. วางแบตเตอรี่ด้านใต้โดยทำมุมอย่างน้อย 30°
2. ห้ามติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ใต้ร่มไม้สูง
3. ทุกๆ 2 ปี ทำความสะอาดพื้นผิวของสิ่งสกปรก
4. ติดตั้งระบบติดตามแสงอาทิตย์

มันไม่คุ้มที่จะละทิ้งแหล่งพลังงานภายนอกโดยสิ้นเชิง แม้แต่คอมเพล็กซ์สมัยใหม่ก็ไม่สามารถสะสมพลังงานได้เพียงพอที่จะจ่ายพลังงานให้กับอาคารได้อย่างเต็มที่ในช่วงที่สภาพอากาศเลวร้ายเป็นเวลานาน เป็นการดีที่สุดที่จะใช้เป็นส่วนหนึ่งของระบบรวม

การแปลงรังสีอิสระของดวงอาทิตย์อย่างมีประสิทธิภาพให้เป็นพลังงานที่สามารถนำมาใช้จ่ายพลังงานให้กับที่อยู่อาศัยและสิ่งอำนวยความสะดวกอื่นๆ คือความฝันอันหวงแหนของผู้สนับสนุนด้านพลังงานสีเขียวจำนวนมาก

แต่หลักการทำงานของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และประสิทธิภาพของมันนั้นยังไม่สามารถพูดถึงประสิทธิภาพสูงของระบบดังกล่าวได้ จะเป็นการดีถ้าคุณมีแหล่งไฟฟ้าเพิ่มเติมของคุณเอง มันไม่ได้เป็น? ยิ่งไปกว่านั้น ทุกวันนี้ในรัสเซียด้วยความช่วยเหลือของแผงโซลาร์เซลล์ ไฟฟ้า "ให้เปล่า" ได้จ่ายให้กับครัวเรือนส่วนตัวจำนวนมากเรียบร้อยแล้ว คุณยังไม่แน่ใจว่าจะเริ่มต้นที่ไหน?

ด้านล่างนี้เราจะบอกคุณเกี่ยวกับอุปกรณ์และหลักการทำงานของแผงเซลล์แสงอาทิตย์คุณจะได้เรียนรู้ว่าประสิทธิภาพของระบบสุริยะขึ้นอยู่กับอะไร และวิดีโอที่โพสต์ในบทความจะช่วยให้คุณประกอบแผงโซลาร์เซลล์จากโฟโตเซลล์ด้วยมือของคุณเอง

มีความแตกต่างและความสับสนมากมายในเรื่องของ "พลังงานแสงอาทิตย์" มักจะเป็นเรื่องยากสำหรับผู้เริ่มต้นที่จะเข้าใจคำศัพท์ที่ไม่คุ้นเคยทั้งหมดในตอนแรก แต่ถ้าไม่มีสิ่งนี้ ก็ไม่สมควรที่จะมีส่วนร่วมในพลังงานแสงอาทิตย์ การซื้ออุปกรณ์สำหรับสร้างกระแส "แสงอาทิตย์"

ด้วยความไม่รู้ คุณไม่เพียงแค่เลือกพาเนลผิดเท่านั้น แต่ยังเผามันเมื่อเชื่อมต่อ หรือดึงพลังงานออกมาน้อยเกินไป

สามารถรับผลตอบแทนสูงสุดจากแผงโซลาร์เซลล์ได้ก็ต่อเมื่อรู้ว่ามันทำงานอย่างไร ส่วนประกอบและชุดประกอบประกอบด้วยอะไรบ้าง และเชื่อมต่ออย่างถูกต้องทั้งหมดอย่างไร

ขั้นแรก คุณควรทำความเข้าใจเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่มีอยู่มากมายสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์ แผงโซลาร์เซลล์และตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์สองอย่างที่ต่างกันโดยพื้นฐาน ทั้งสองแปลงพลังงานของรังสีของดวงอาทิตย์

อย่างไรก็ตาม ในกรณีแรก ผู้บริโภคจะได้รับพลังงานไฟฟ้าที่เอาต์พุต และในกรณีที่สอง พลังงานความร้อนในรูปของสารหล่อเย็นที่ให้ความร้อน

ความแตกต่างประการที่สองคือแนวคิดของคำว่า "แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์" โดยปกติแล้ว คำว่า "แบตเตอรี่" จะหมายถึงอุปกรณ์ที่เก็บพลังงานไฟฟ้า หรือเครื่องทำความร้อนซ้ำ ๆ อยู่ในใจ อย่างไรก็ตาม ในกรณีของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ สถานการณ์แตกต่างอย่างสิ้นเชิง พวกเขาไม่สะสมอะไรเลย

แผงเซลล์แสงอาทิตย์สร้างกระแสไฟฟ้าคงที่ ในการแปลงเป็นตัวแปร (ที่ใช้ในชีวิตประจำวัน) จะต้องมีอินเวอร์เตอร์อยู่ในวงจร

แผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับการออกแบบเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเท่านั้น ในทางกลับกัน มันจะถูกสะสมไว้เพื่อจ่ายไฟฟ้าให้กับบ้านในเวลากลางคืนเมื่อดวงอาทิตย์ลับขอบฟ้า ซึ่งอยู่ในแบตเตอรี่ที่มีอยู่เพิ่มเติมในโครงการจ่ายไฟของสิ่งอำนวยความสะดวก

แบตเตอรี่ในที่นี้มีความหมายในบริบทของชุดส่วนประกอบประเภทเดียวกันบางชุดที่ประกอบเข้าด้วยกันเป็นบางอย่าง ในความเป็นจริงนี่เป็นเพียงแผงของโฟโตเซลล์ที่เหมือนกันหลายตัว

โครงสร้างภายในของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

แผงเซลล์แสงอาทิตย์ค่อยๆ มีราคาถูกลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ตอนนี้พวกมันถูกใช้เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ในโคมไฟถนน สมาร์ทโฟน รถยนต์ไฟฟ้า บ้านส่วนตัว และบนดาวเทียมในอวกาศ ในจำนวนนี้ พวกเขายังเริ่มสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เต็มรูปแบบ (SPS) ที่มีปริมาณการผลิตจำนวนมาก

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ประกอบด้วยเซลล์แสงอาทิตย์จำนวนมาก (ตัวแปลงเซลล์แสงอาทิตย์ PVC) ที่แปลงพลังงานโฟตอนจากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์แต่ละก้อนถูกจัดเรียงเป็นบล็อกของโมดูลจำนวนหนึ่งที่รวมโฟโตเซลล์เซมิคอนดักเตอร์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม เพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานของแบตเตอรี่ดังกล่าว จำเป็นต้องเข้าใจการทำงานของลิงค์สุดท้ายนี้ในอุปกรณ์แผงโซลาร์ซึ่งสร้างขึ้นจากเซมิคอนดักเตอร์

ประเภทของคริสตัลเซลล์แสงอาทิตย์

มีตัวเลือก FEP จำนวนมากจากองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตามส่วนใหญ่เป็นการพัฒนาในระยะเริ่มต้น ในระดับอุตสาหกรรม จนถึงขณะนี้มีเพียงแผงโฟโตเซลล์ที่ทำจากซิลิคอนเท่านั้นที่ผลิตได้

สารกึ่งตัวนำซิลิคอนใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์เนื่องจากต้นทุนต่ำ จึงไม่สามารถอวดอ้างประสิทธิภาพสูงเป็นพิเศษได้

เซลล์แสงอาทิตย์ธรรมดาในแผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นแผ่นบาง ๆ ของซิลิคอน 2 ชั้น ซึ่งแต่ละชั้นมีคุณสมบัติทางกายภาพของตัวเอง นี่คือชุมทาง p-n ของสารกึ่งตัวนำแบบคลาสสิกที่มีคู่อิเล็กตรอน-รู

เมื่อโฟตอนกระทบ FEP ระหว่างชั้นเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ เนื่องจากความไม่สม่ำเสมอของผลึก จะเกิดโฟโต-emf ของวาล์ว ส่งผลให้เกิดความต่างศักย์และกระแสอิเล็กตรอน

โฟโตเซลล์ซิลิคอนเวเฟอร์แตกต่างกันในเทคโนโลยีการผลิตเมื่อ:

1. โมโนคริสตัลไลน์
2. คริสตัลไลน์

แบบแรกมีประสิทธิภาพสูงกว่า แต่ต้นทุนการผลิตสูงกว่าแบบหลัง จากภายนอก ตัวเลือกหนึ่งจากอีกตัวเลือกหนึ่งบนแผงโซลาร์เซลล์สามารถจำแนกตามรูปร่างได้

เซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกเดี่ยวมีโครงสร้างที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยทำในรูปของสี่เหลี่ยมที่มีมุมตัด ในทางตรงกันข้าม องค์ประกอบคริสตัลไลน์มีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมอย่างเคร่งครัด

Polycrystals ได้มาจากการทำให้ซิลิกอนหลอมเหลวค่อยๆเย็นลง วิธีนี้ง่ายมากดังนั้นโฟโตเซลล์จึงมีราคาไม่แพง

แต่ประสิทธิภาพการผลิตในแง่ของการผลิตไฟฟ้าจากรังสีดวงอาทิตย์แทบจะไม่เกิน 15% นี่เป็นเพราะ "ความไม่บริสุทธิ์" ของซิลิคอนเวเฟอร์ที่ได้รับและโครงสร้างภายใน ที่นี่ยิ่งชั้น p ของซิลิกอนบริสุทธิ์มากเท่าไหร่ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ความบริสุทธิ์ของผลึกเดี่ยวในแง่นี้สูงกว่าของอะนาล็อกโพลีคริสตัลไลน์มาก พวกเขาไม่ได้ทำจากหินหลอมเหลว แต่มาจากผลึกซิลิกอนแข็งที่ปลูกขึ้นเอง ค่าสัมประสิทธิ์การแปลงตาแมวของเซลล์แสงอาทิตย์ดังกล่าวถึง 20-22% แล้ว

ในโมดูลทั่วไป โฟโตเซลล์แต่ละตัวจะประกอบกันบนกรอบอะลูมิเนียม และเพื่อป้องกันจากด้านบน โฟโตเซลล์จะหุ้มด้วยกระจกที่ทนทาน ซึ่งไม่รบกวนรังสีของดวงอาทิตย์เลย

ชั้นบนของแผ่นโฟโตเซลล์ที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์ทำจากซิลิกอนชนิดเดียวกัน แต่มีฟอสฟอรัสเพิ่มเข้ามา ซึ่งเป็นแหล่งที่มาของอิเล็กตรอนส่วนเกินในระบบจุดแยก p-n

หลักการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์

เมื่อแสงอาทิตย์ตกกระทบโฟโตเซลล์ จะมีการสร้างคู่อิเล็กตรอน-โฮลที่ไม่สมดุลขึ้นในนั้น อิเล็กตรอนและ "โฮล" ส่วนเกินจะถูกถ่ายโอนบางส่วนผ่านทางแยก p-n จากชั้นสารกึ่งตัวนำหนึ่งไปยังอีกชั้นหนึ่ง

เป็นผลให้แรงดันไฟฟ้าปรากฏในวงจรภายนอก ในกรณีนี้ขั้วบวกของแหล่งกระแสจะเกิดขึ้นบนหน้าสัมผัสของชั้น p และขั้วลบจะเกิดขึ้นที่ชั้น n

ความต่างศักย์ (แรงดันไฟฟ้า) ระหว่างหน้าสัมผัสของโฟโตเซลล์ปรากฏขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงจำนวนของ "รู" และอิเล็กตรอนจากด้านต่างๆ ของจุดแยก p-n ซึ่งเป็นผลมาจากการฉายรังสีชั้น n ด้วยแสงแดด

โฟโตเซลล์ที่เชื่อมต่อกับโหลดภายนอกในรูปของแบตเตอรี่ก่อตัวเป็นวงจรอุบาทว์ เป็นผลให้แผงโซลาร์เซลล์ทำงานเหมือนวงล้อที่อิเล็กตรอน "วิ่ง" ไปด้วยกัน และแบตเตอรี่ก็ค่อยๆ เพิ่มขึ้น

ตัวแปลงเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิกอนมาตรฐานเป็นเซลล์รวมทางเดียว การไหลของอิเล็กตรอนเข้าไปในพวกมันเกิดขึ้นผ่านทางแยก p-n เพียงจุดเดียวโดยโซนของการเปลี่ยนผ่านนี้ถูกจำกัดในแง่ของพลังงานโฟตอน

นั่นคือ โฟโตเซลล์แต่ละเซลล์ดังกล่าวสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจากสเปกตรัมของรังสีดวงอาทิตย์ที่แคบเท่านั้น พลังงานอื่น ๆ ทั้งหมดจะสูญเปล่า นั่นคือเหตุผลที่ประสิทธิภาพของ FEP ต่ำมาก

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้มีการสร้างองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ซิลิกอนแบบหลายทางแยก (น้ำตก) มีการเปลี่ยนผ่านหลายครั้งใน FEP ใหม่ ยิ่งไปกว่านั้น แต่ละน้ำตกในน้ำตกนี้ได้รับการออกแบบมาสำหรับสเปกตรัมของแสงแดด

ประสิทธิภาพโดยรวมของการแปลงโฟตอนเป็นกระแสไฟฟ้าในโฟโตเซลล์นั้นจะเพิ่มขึ้นในที่สุด แต่ราคาของพวกเขาสูงกว่ามาก ในที่นี้ ทั้งความง่ายในการผลิตด้วยต้นทุนต่ำและมีประสิทธิภาพต่ำ หรือผลตอบแทนที่สูงขึ้น ประกอบกับต้นทุนที่สูง

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์สามารถทำงานได้ทั้งในฤดูร้อนและฤดูหนาว (ต้องการแสง ไม่ใช่ความร้อน) ยิ่งมีเมฆมากน้อยและยิ่งมีแสงแดดส่องมากเท่าไหร่ แผงโซลาร์เซลล์ก็จะสร้างกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นเท่านั้น

ระหว่างการทำงาน ตาแมวและแบตเตอรี่ทั้งหมดจะค่อยๆ ร้อนขึ้น พลังงานทั้งหมดที่ไม่ได้ไปสร้างกระแสไฟฟ้าจะเปลี่ยนเป็นความร้อน บ่อยครั้งที่อุณหภูมิบนพื้นผิวของแผงโซลาร์เซลล์สูงขึ้นถึง 50–55 0 C แต่ยิ่งสูงเท่าไร เซลล์แสงอาทิตย์ก็จะยิ่งทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพน้อยลงเท่านั้น

เป็นผลให้แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์รุ่นเดียวกันสร้างกระแสไฟฟ้าในความร้อนน้อยกว่าในเย็น โฟโตเซลล์แสดงประสิทธิภาพสูงสุดในวันที่อากาศแจ่มใสในฤดูหนาว มีสองปัจจัย - แสงแดดจัดและความเย็นตามธรรมชาติ

ยิ่งกว่านั้นหากหิมะตกบนแผงก็ผลิตไฟฟ้าต่อไปได้อยู่ดี ยิ่งกว่านั้นเกล็ดหิมะไม่มีเวลานอนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อละลายจากความร้อนของโฟโตเซลล์ที่ให้ความร้อน

ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์

ตาแมวหนึ่งตัวแม้ในเวลาเที่ยงวันที่อากาศแจ่มใส ผลิตไฟฟ้าได้น้อยมาก เพียงพอต่อการใช้งานไฟฉาย LED เท่านั้น

เพื่อเพิ่มกำลังเอาต์พุต เซลล์แสงอาทิตย์หลายเซลล์จะรวมกันแบบขนานเพื่อเพิ่มแรงดันคงที่และต่ออนุกรมกันเพื่อเพิ่มกระแส

ประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับ:

• อุณหภูมิอากาศและแบตเตอรี่เอง
• การเลือกความต้านทานโหลดที่ถูกต้อง
• มุมตกกระทบของรังสีดวงอาทิตย์
• การมี / ไม่มีการเคลือบป้องกันแสงสะท้อน
• กำลังขับแสง

ยิ่งอุณหภูมิภายนอกต่ำลง โฟโตเซลล์และแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์โดยรวมก็จะมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทุกอย่างเรียบง่ายที่นี่ แต่ด้วยการคำนวณภาระสถานการณ์จะซับซ้อนมากขึ้น ควรเลือกตามเอาต์พุตปัจจุบันของแผงควบคุม แต่ค่าของมันแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยสภาพอากาศ

แผงโซลาร์เซลล์ผลิตขึ้นโดยคาดว่าจะมีแรงดันเอาต์พุตที่หลายเท่าของ 12 V - หากต้องจ่ายไฟ 24 V ให้กับแบตเตอรี่ แผงสองแผงจะต้องต่อขนานกัน

การตรวจสอบพารามิเตอร์ของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์อย่างต่อเนื่องและการปรับการทำงานด้วยตนเองนั้นเป็นปัญหา ในการทำเช่นนี้จะเป็นการดีกว่าถ้าใช้คอนโทรลเลอร์ควบคุมซึ่งจะปรับการตั้งค่าของแผงโซลาร์เซลล์โดยอัตโนมัติเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดและโหมดการทำงานที่เหมาะสมที่สุด

มุมตกกระทบของแสงอาทิตย์บนเซลล์แสงอาทิตย์ในอุดมคติจะเป็นมุมตรง อย่างไรก็ตาม เมื่อเบี่ยงเบนภายใน 30 องศาจากแนวตั้งฉาก ประสิทธิภาพของแผงจะลดลงประมาณ 5% เท่านั้น แต่เมื่อเพิ่มมุมนี้มากขึ้น สัดส่วนการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ที่เพิ่มขึ้นจะสะท้อนออกมา ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ลดลง

หากจำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่เพื่อผลิตพลังงานสูงสุดในฤดูร้อน แบตเตอรี่ควรวางในแนวตั้งฉากกับตำแหน่งเฉลี่ยของดวงอาทิตย์ ซึ่งอยู่ในจุดวิษุวัตในฤดูใบไม้ผลิและฤดูใบไม้ร่วง

สำหรับภูมิภาคมอสโกจะอยู่ที่ประมาณ 40-45 องศาถึงขอบฟ้า หากต้องการสูงสุดในฤดูหนาวควรวางแผงไว้ในแนวตั้งมากขึ้น

และอีกสิ่งหนึ่ง - ฝุ่นและสิ่งสกปรกลดประสิทธิภาพของโฟโตเซลล์ลงอย่างมาก โฟตอนผ่านสิ่งกีดขวาง "สกปรก" ดังกล่าวไปไม่ถึง ซึ่งหมายความว่าไม่มีอะไรแปลงเป็นไฟฟ้าได้ ต้องล้างแผงเป็นประจำหรือวางไว้เพื่อให้ฝุ่นถูกชะล้างด้วยฝน

แผงโซลาร์เซลล์บางแผงมีเลนส์ในตัวสำหรับรวมรังสีบนเซลล์แสงอาทิตย์ ในสภาพอากาศที่ชัดเจนสิ่งนี้นำไปสู่การเพิ่มประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม เมื่อมีเมฆมาก เลนส์เหล่านี้มีแต่จะก่อให้เกิดอันตราย

หากแผงทั่วไปในสถานการณ์ดังกล่าวยังคงสร้างกระแสไฟ แม้ว่าจะมีปริมาตรน้อยลง รุ่นเลนส์ก็จะหยุดทำงานเกือบทั้งหมด

ต้องติดตั้งแผงเพื่อไม่ให้มีต้นไม้อาคารและสิ่งกีดขวางอื่น ๆ ในเส้นทางของแสงแดด

โครงการจ่ายไฟบ้านจากดวงอาทิตย์

ระบบจ่ายพลังงานแสงอาทิตย์ประกอบด้วย:

1. แผงเซลล์แสงอาทิตย์
2. ผู้ควบคุม.
3. แบตเตอรี่.

ตัวควบคุมในวงจรนี้ปกป้องทั้งแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่ ในแง่หนึ่ง จะป้องกันการไหลของกระแสย้อนกลับในเวลากลางคืนและในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก และในทางกลับกัน จะช่วยป้องกันแบตเตอรี่จากการชาร์จ/คายประจุมากเกินไป

ควรเลือกแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้สำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีอายุและความจุเท่ากัน มิฉะนั้น การชาร์จ / การคายประจุจะเกิดขึ้นไม่สม่ำเสมอ ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานลดลงอย่างรวดเร็ว

จำเป็นต้องใช้อินเวอร์เตอร์เพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสตรงที่ 12, 24 หรือ 48 โวลต์เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ 220 โวลต์ ไม่แนะนำให้ใช้แบตเตอรี่รถยนต์ในรูปแบบนี้เนื่องจากไม่สามารถทนต่อการชาร์จซ้ำได้บ่อยๆ เป็นการดีที่สุดที่จะใช้เงินและซื้อแบตเตอรี่ AGM ฮีเลียมพิเศษหรือแบตเตอรี่ OPzS แบบเติม

ข้อสรุปและวิดีโอที่มีประโยชน์ในหัวข้อ

หลักการของการทำงานและรูปแบบการเชื่อมต่อสำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์นั้นไม่ยากเกินกว่าจะเข้าใจ และด้วยสื่อวิดีโอที่เรารวบรวมไว้ด้านล่าง คุณจะเข้าใจความซับซ้อนทั้งหมดของการทำงานและการติดตั้งแผงโซลาร์ได้ง่ายขึ้น

สามารถเข้าถึงและเข้าใจวิธีการทำงานของแบตเตอรี่เซลล์แสงอาทิตย์แบบเซลล์แสงอาทิตย์ได้ในรายละเอียดทั้งหมด:

แผงโซลาร์เซลล์ทำงานอย่างไร:

ประกอบแผงโซลาร์เซลล์จากโฟโตเซลล์ด้วยมือของคุณเอง:

ต้องเลือกแต่ละองค์ประกอบในระบบจ่ายไฟพลังงานแสงอาทิตย์ของกระท่อมอย่างถูกต้อง การสูญเสียพลังงานที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เกิดขึ้นในแบตเตอรี่ หม้อแปลง และตัวควบคุม และต้องลดลงให้เหลือน้อยที่สุด มิฉะนั้น ประสิทธิภาพที่ค่อนข้างต่ำของแผงโซลาร์เซลล์จะลดลงจนเหลือศูนย์ทั้งหมด

แผงโซลาร์เซลล์ถูกใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ต่างๆ มากมาย ตั้งแต่อุปกรณ์เคลื่อนที่ไปจนถึงยานพาหนะไฟฟ้า คุณจะได้เรียนรู้จากบทความนี้ว่ามีการจัดเรียงอย่างไร มีอะไรบ้าง และแผงเซลล์แสงอาทิตย์สมัยใหม่มีความสามารถอะไรบ้าง

ประวัติการสร้าง

ในอดีตเคยเกิดขึ้นมาแล้วว่าแผงโซลาร์เซลล์เป็นความพยายามครั้งที่สองของมนุษยชาติในการควบคุมพลังงานอันไร้ขอบเขตของดวงอาทิตย์และทำให้มันทำงานเพื่อประโยชน์ของตัวมันเอง Solar Collector (โรงไฟฟ้าพลังความร้อนจากแสงอาทิตย์) เป็นกลุ่มแรกที่ปรากฏ ซึ่งผลิตไฟฟ้าจากน้ำร้อนจนถึงจุดเดือดภายใต้แสงอาทิตย์เข้มข้น

แผงเซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าโดยตรงซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก ด้วยการเปลี่ยนรูปโดยตรง พลังงานจะสูญเสียน้อยกว่าการใช้หลายขั้นตอน เช่น ในเครื่องสะสม (ความเข้มข้นของแสงแดด การให้ความร้อนแก่น้ำและการสร้างไอน้ำ การหมุนกังหันไอน้ำ และการผลิตไฟฟ้าโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในตอนท้ายเท่านั้น)

แผงเซลล์แสงอาทิตย์สมัยใหม่ประกอบด้วยสายโซ่ของเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่แปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นกระแสไฟฟ้าโดยตรง กระบวนการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นกระแสไฟฟ้าเรียกว่าโฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟกต์

ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Alexandre Edmond Becquerel ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 โฟโตเซลล์ปฏิบัติการตัวแรกในครึ่งศตวรรษต่อมาถูกสร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Alexander Stoletov และแล้วในศตวรรษที่ 20 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้อธิบายโฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟ็กต์ในเชิงปริมาณ ซึ่งไม่ต้องการคำแนะนำใดๆ

หลักการทำงาน

สารกึ่งตัวนำคือวัสดุที่อะตอมมีอิเล็กตรอนมากเกิน (n-type) หรือในทางกลับกัน มีอิเล็กตรอนไม่เพียงพอ (p-type) ดังนั้น โฟโตเซลล์ของเซมิคอนดักเตอร์ประกอบด้วยสองชั้นที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน ชั้น n ใช้เป็นแคโทด และชั้น p ใช้เป็นขั้วบวก

อิเล็กตรอนส่วนเกินจากชั้น n สามารถออกจากอะตอมได้ ในขณะที่ชั้น p สามารถจับอิเล็กตรอนเหล่านี้ได้ มันคือรังสีของแสงที่ "เคาะ" อิเล็กตรอนออกจากอะตอมของชั้น n หลังจากนั้นพวกมันจะบินเข้าไปในชั้น p เพื่อครอบครองที่ว่าง ด้วยวิธีนี้ อิเล็กตรอนจะวิ่งเป็นวงกลม ออกจากชั้น p ผ่านโหลด (in กรณีนี้ตัวสะสม) และกลับไปที่เลเยอร์ n

ซีลีเนียมเป็นวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดแรกในประวัติศาสตร์ โฟโตเซลล์ถูกผลิตขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 ด้วยความช่วยเหลือ แต่ด้วยประสิทธิภาพที่ต่ำมาก (น้อยกว่า 1 เปอร์เซ็นต์) ซีลีเนียมจึงเริ่มมองหาสิ่งทดแทนในทันที

การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์เป็นจำนวนมากเป็นไปได้หลังจากที่บริษัทโทรคมนาคม Bell Telephone ได้พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์จากซิลิคอน ยังคงเป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ จริงอยู่ การทำให้ซิลิกอนบริสุทธิ์เป็นกระบวนการที่มีค่าใช้จ่ายสูง ดังนั้น จึงมีการทดลองทางเลือกอื่นทีละเล็กทีละน้อย: สารประกอบของทองแดง อินเดียม แกลเลียม และแคดเมียม

เป็นที่ชัดเจนว่าพลังของโฟโตเซลล์แต่ละเซลล์ไม่เพียงพอที่จะจ่ายพลังงานให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ทรงพลัง ดังนั้นจึงรวมกันเป็นวงจรไฟฟ้าจึงกลายเป็นแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ (อีกชื่อหนึ่งคือแผงโซลาร์เซลล์)

โฟโตเซลล์ติดอยู่กับโครงของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ในลักษณะที่สามารถเปลี่ยนได้ทีละอันในกรณีที่เกิดความล้มเหลว เพื่อป้องกันปัจจัยภายนอก โครงสร้างทั้งหมดถูกหุ้มด้วยพลาสติกที่ทนทานหรือกระจกนิรภัย

พันธุ์ที่มีอยู่

แผงโซลาร์เซลล์ถูกจัดประเภทตามกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ซึ่งขึ้นอยู่กับพื้นที่ของแผงและการออกแบบ พลังของลำแสงสุริยะที่เส้นศูนย์สูตรถึง 1 กิโลวัตต์ในขณะที่ในพื้นที่ของเราในสภาพอากาศที่มีเมฆมากสามารถลดลงต่ำกว่า 100 วัตต์ ตัวอย่างเช่น ลองใช้ค่าเฉลี่ย (500 W) และในการคำนวณเพิ่มเติมเราจะสร้างมันขึ้นมา

เซลล์แสงอาทิตย์แบบอสัณฐาน โฟโตเคมีและอินทรีย์มีค่าสัมประสิทธิ์การแปลงโฟโตอิเล็กทริกต่ำที่สุด สองประเภทแรกมีประมาณร้อยละ 10 และประเภทสุดท้ายมีเพียงร้อยละ 5 เท่านั้น ซึ่งหมายความว่าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ฟลักซ์ 500 วัตต์ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีพื้นที่หนึ่งตารางเมตรจะผลิตไฟฟ้าได้ 50 และ 25 วัตต์ตามลำดับ

ตรงกันข้ามกับโฟโตเซลล์ประเภทข้างต้น เซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้สารกึ่งตัวนำซิลิกอนทำหน้าที่ ค่าสัมประสิทธิ์การแปลงตาแมวที่ระดับ 20% และภายใต้เงื่อนไขที่เอื้ออำนวย - และ 25% เป็นเรื่องธรรมดาสำหรับพวกเขา เป็นผลให้พลังของแผงโซลาร์เซลล์เมตรสามารถเข้าถึง 125 วัตต์

โซลูชันที่ใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์เท่านั้นที่สามารถแข่งขันกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนในแง่ของพลังงาน เมื่อใช้การเชื่อมต่อนี้ วิศวกรได้เรียนรู้วิธีสร้างเซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายชั้นด้วย CFP มากกว่า 30% (ไฟฟ้าสูงสุด 150 วัตต์ต่อตารางเมตร)

หากเราพูดถึงพื้นที่ของแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์มีทั้ง "แผ่น" ขนาดเล็กที่มีกำลังสูงถึง 10 W (สำหรับการขนส่งบ่อยครั้ง) และ "แผ่น" กว้าง 200 W ขึ้นไป (สำหรับการใช้งานแบบอยู่กับที่เท่านั้น ).

ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์อาจได้รับผลกระทบในทางลบจากหลายปัจจัย ตัวอย่างเช่น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น CFP ของโฟโตเซลล์จะลดลง แม้ว่าจะมีการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ในประเทศที่มีแดดจัด มันกลายเป็นดาบสองคมชนิดหนึ่ง

และถ้าคุณทำให้แผงโซลาร์เซลล์บางส่วนมืดลง โฟโตเซลล์ที่ไม่ได้ใช้งานจะไม่เพียงหยุดผลิตกระแสไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังกลายเป็นภาระเพิ่มเติมที่เป็นอันตรายอีกด้วย

ผู้ผลิตรายใหญ่

ผู้นำด้านการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ระดับโลกได้แก่ Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar และ Sharp Solar สามตัวแรกเป็นตัวแทนของจีน สี่ตัวเป็นตัวแทนของสหรัฐอเมริกา และตัวที่ห้า ซึ่งคุณอาจเดาได้ว่าเป็นแผนกหนึ่งของบริษัท Sharp ของญี่ปุ่น

บริษัท First Solar ของอเมริกาไม่เพียงแต่ผลิตแผงโซลาร์เซลล์เท่านั้น แต่ยังมีส่วนร่วมโดยตรงในการออกแบบและสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์อีกด้วย ซึ่งตั้งอยู่ในรัฐแอริโซนา สหรัฐอเมริกา เป็นผลงานของวิศวกรของ First Solar

Perovo โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดของยูเครนสร้างและจัดหาแผงโซลาร์เซลล์โดยบริษัท Activ Solar ของออสเตรีย

บริษัท Suntech ของจีนมีชื่อเสียงในด้านการเตรียมสนามฟุตบอลที่เรียกว่ารังนกในกรุงปักกิ่งสำหรับโอลิมปิกฤดูร้อนปี 2551 ไฟฟ้าที่ผลิตได้ตลอดทั้งวันด้วยความช่วยเหลือของแผงโซลาร์เซลล์จะถูกสะสมและนำไปใช้เพื่อให้แสงสว่างแก่สนามกีฬา รดน้ำหญ้าในสนามฟุตบอล และใช้งานอุปกรณ์โทรคมนาคม

ข้อสรุป

เมื่อสองทศวรรษที่แล้ว เครื่องคิดเลขขนาดเล็กที่มีโฟโตเซลล์ดูเหมือนเป็นเรื่องน่าสงสัย ซึ่งทำให้ไม่สามารถเปลี่ยน "แบตเตอรี่แท็บเล็ต" ในเครื่องได้เป็นเวลาหลายปี ตอนนี้โทรศัพท์มือถือที่มีแผงโซลาร์เซลล์ติดตั้งอยู่ในฝาหลังไม่ทำให้ใครแปลกใจ แต่นี่เป็นเรื่องเล็กเมื่อเทียบกับรถยนต์และเครื่องบิน (แม้ว่าจะไม่มีคนขับ) ซึ่งเรียนรู้ที่จะเคลื่อนที่ด้วยความช่วยเหลือของพลังงานแสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียว

อนาคตของแผงโซลาร์เซลล์มีความสว่างพอๆ กับดวงอาทิตย์ ฉันอยากจะเชื่อว่าแผงโซลาร์เซลล์จะรักษาสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตจาก "การติดดอกกุหลาบ" ได้ในที่สุด