A napenergia a legtisztább és leginkább elérhető megújuló energiaforrás. A modern technológia felhasználhatja ezt az energiát számos felhasználási célra, beleértve az áramtermelést, a könnyű és fűtővíz biztosítását háztartási, kereskedelmi vagy ipari felhasználásra.
A napenergia felhasználható az áramigényünk kielégítésére is. A napelemes fotovoltaikus (SPV) cellák révén a napsugárzás közvetlenül egyenárammá alakul. Ez az áram vagy felhasználható, ahogy van, vagy tárolható az akkumulátorban. Ebben a cikkben mindent meg fogunk nézni a napenergiáról. Lássuk lépésről lépésre:
Napelemes (SPV) cella:
A napelem vagy a napelem olyan eszköz, amely a fényt fotoelektromos effektus segítségével elektromos árammá alakítja. Az SPV-ket számos alkalmazásban használják, például vasúti jelzésekben, utcai világításban, háztartási világításban és távoli távközlési rendszerek áramellátásában.
P-típusú szilíciumrétege van érintkezésben egy n-típusú szilíciumréteggel, és az elektronok diffúziója az n-típusú anyagtól a p-típusú anyagig terjed. A p típusú anyagban vannak lyukak az elektronok befogadására. Az n típusú anyag elektronokban gazdag, így a napenergia hatására az elektronok elmozdulnak az n típusú anyagból, és a p-n csomópontban lyukakkal egyesülnek. Ez töltést hoz létre a p-n elágazás mindkét oldalán elektromos mező létrehozására . Ennek eredményeként egy diódaszerű rendszer alakul ki, amely elősegíti a töltés áramlását. Ez az a sodródó áram, amely kiegyensúlyozza az elektronok és a lyukak diffúzióját. Az a terület, ahol a sodródási áram bekövetkezik, az a kimerülési zóna vagy űrtöltési régió, amelyből hiányzik a mobil töltéshordozó.
Tehát sötétben a napelem úgy viselkedik, mint egy fordított előfeszített dióda. Amikor fény esik rá, mint a dióda, a napelem előre torzul, és az áram egy irányban áramlik anódról katódra, mint egy dióda. Általában a napelem nyitott áramköre (az akkumulátor csatlakoztatása nélkül) magasabb, mint a névleges feszültség. Például egy 12 voltos panel kb. 20 voltot ad erős napsütésben. De amikor az akkumulátor csatlakozik hozzá, a feszültség 14-15 voltra csökken. A napelemek (SPV) rendkívüli anyagokból készülnek, úgynevezett félvezetőkből, például szilíciumból, amelyet jelenleg a leggyakrabban használnak. Lényegében, amikor a fény beüt a cellába, annak egy bizonyos része elnyelődik a félvezető anyagban. Ez azt jelenti, hogy az elnyelt fény energiája átkerül a félvezetőbe.
A napelemes cellák mindegyikének van egy vagy több elektromos mezője is, amelyek a fényelnyelés által felszabadult elektronok bizonyos irányba történő áramlását kényszerítik. Ez az elektronáram egy áram, és ha fém érintkezőket helyezünk az SPV cella tetejére és aljára, lehúzhatjuk ezt az áramot, hogy távolról hasznosítsuk őket. A cellák feszültsége határozza meg azt az energiát, amelyet a napelem képes előállítani. A fény villamos energiává alakításának folyamatát napfényelektromos (SPV) hatásnak nevezzük. A napelemek tömbje átalakítja a napenergiát egyenárammá. Ezután az egyenáramú áram belép egy inverterbe. Az inverter az egyenáramot a háztartási gépek számára szükséges 120 voltos váltakozó áramú energiává alakítja.
Napelem:
A napelem egy napelemek gyűjteménye. A napelem átalakítja a napenergiát elektromos energiává. A napelem Ohm anyagot használ az összekapcsolásokhoz, valamint a külső terminálokhoz. Tehát az n típusú anyagban létrehozott elektronok átjutnak az elektródán az akkumulátorhoz csatlakoztatott vezetékre. Az akkumulátoron keresztül az elektronok eljutnak a p-típusú anyaghoz. Itt az elektronok egyesülnek a furatokkal. Tehát, amikor a napelem az akkumulátorhoz van csatlakoztatva, úgy viselkedik, mint egy másik akkumulátor, és mindkét rendszer sorozatosan éppúgy működik, mint két sorosan csatlakoztatott elem.
A napelem teljesítménye az a teljesítmény, amelyet wattban vagy kiló wattban mérnek. Különböző teljesítményű napelemek állnak rendelkezésre, például 5 watt, 10 watt, 20 watt, 100 watt stb. Tehát a napelem kiválasztása előtt meg kell találni a terheléshez szükséges teljesítményt. A teljesítményigény kiszámításához wattórát vagy kilowattórát használnak. Általános szabály, hogy az átlagos teljesítmény megegyezik a csúcsteljesítmény 20% -ával. Ezért a napelrendezés minden csúcskilowattjának teljesítménye 4,8 kWh / nap energiatermelésnek felel meg. Ez 24 óra x 1 kW x 20%.
A napelem teljesítménye számos tényezőtől függ, mint például az éghajlat, az égviszonyok, a panel tájolása, a napfény intenzitása és időtartama, valamint annak vezetékei. Ha a napfény normális, egy 12 voltos, 15 wattos panel körülbelül 1 amper áramot ad. Megfelelő karbantartás esetén a napelem körülbelül 25 évig fog tartani. Meg kell tervezni a napelem elrendezését a tető tetején. Általában kelet felé nézve 45 fokos szöget zár be. Napelemes elrendezést is alkalmaznak, amely elforgatja a panelt, miközben a nap keletről nyugatra mozog. A kábelezés is fontos. Jó minőségű vezeték, elegendő mérővel az áram kezeléséhez biztosítja az akkumulátor megfelelő töltését. Ha a vezeték túl hosszú, a töltőáram csökkenhet. Tehát általában a napelem 10-20 láb magasságban helyezkedik el a talajszinttől. Javasolt a napelem megfelelő tisztítása havonta egyszer. Ez magában foglalja a felület tisztítását a por és nedvesség eltávolítása érdekében, valamint a terminálok tisztítását és újbóli csatlakoztatását.
A napelem teljesen négy folyamatlépéssel rendelkezik, túlterheltek, töltés alatt, lemerült akkumulátorral és mélyen lemerülnek.
Az alábbi áramkörből napelemet használtunk, mivel egy áramforrást használunk a B1 akkumulátor töltésére a D10-en keresztül. Amíg az akkumulátor teljesen feltöltődik, a Q1 az összehasonlító kimenetéről vezet. Ennek eredményeként a Q2 a napenergiát a D11-en és a Q2-n keresztül vezeti és tereli át úgy, hogy az akkumulátor ne legyen túl feltöltve. Amíg az akkumulátor teljesen fel van töltve, a D10 katódpontban a feszültség megemelkedik. A napelem áramát megkerülik a D11 és a MOSFET lefolyó és forrás segítségével. Míg a terhelést a kapcsolóművelet használja, a Q2 általában utat biztosít a negatívhoz, míg a pozitív a terhelés túllépése esetén a kapcsolón keresztül csatlakozik az egyenáramhoz. A terhelés helyes működését normál állapotban a MOSFET Q2 vezetése jelzi.
Napenergia alkalmazása:
Alulról áramkör, az intenzitás szabályozásához a LED-es lámpák váltakozó működési ciklussal táplálhatók egyenáramú forrásból. Az intenzitásszabályozás koncepciója segít megtakarítani az elektromos energiát. A LED-eket a mikrovezérlő megfelelő meghajtó tranzisztorjaival együtt használják, amelyek gyakorlati alkalmazásra megfelelően vannak beprogramozva.
Annak bizonyítására, hogy egy 12 V-os egyenáramú forrásból 4 LED sorozatosan egy 8 * 3 = 24 húrból álló sztringet köt össze soros kapcsolóként működő MOSFET-mel. A MOSFET lehet IRF520 vagy Z44. Minden LED fehér LED, és 2,5 V feszültségen működik. Így 4 soros LED-nek 10v-ra van szüksége. Ezért egy ellenállást 10 ohm, 10 watt sorozatban kötnek össze a LED-ekkel, ahol az egyensúlyi feszültség 12 V-ról esik le az áram korlátozásával a LED-ek biztonságos működtetése érdekében.
Például az utcai lámpákhoz használt LED-es lámpákat alkonyatkor teljes intenzitással 11:00 óráig bekapcsolják, 99% -ban megfelelően vezérelve a ledet, azaz 1% -os működési ciklust a vezérlőtől. Minden órával, amikor 23 órától halad előre, a LED-ek működési ciklusa fokozatosan csökken 99% -ról, így reggelre az ON időzítési ciklus eléri a 10% -ot 99% -ról, végül nullára, vagyis a fények reggeltől, azaz hajnaltól kialszik szürkületig. A művelet az alkonyattól kezdve ismét teljes intenzitással 18: 00-tól 18: 00-ig, éjfél 12-kor 80% -os működési ciklus, 1'o óra 70%, 2'o óra 60%, 3'o óra 50%, 4'o óra 40% és így tovább 10% -ig, végül hajnalban KI.
A LED intenzitása az impulzusszélesség modulációjától függően változik, amint az az 1. ábrán látható.
