Le principe de fonctionnement de la batterie solaire : comment le panneau solaire est agencé et fonctionne

horloge a eau

Cette méthode de contrôle du dispositif rotatif a été inventée par un étudiant canadien entreprenant et est responsable de la rotation d'un seul axe, l'horizontal.

Le principe de fonctionnement est également simple et se présente comme suit :

1. La batterie solaire est installée dans sa position d'origine lorsque les rayons du soleil frappent la cellule photoélectrique perpendiculairement.
2. Après cela, un récipient avec de l'eau est attaché à l'un des côtés, et un objet du même poids que le récipient avec de l'eau est attaché à l'autre côté. Le fond du récipient doit avoir un petit trou.
3. À travers lui, l'eau s'écoulera progressivement du réservoir, ce qui diminuera le poids et le panneau s'inclinera lentement vers le contrepoids. Il sera nécessaire de déterminer expérimentalement les dimensions du trou pour le récipient.

Cette méthode est la plus simple.De plus, cela permet d'économiser des ressources matérielles qui seraient dépensées pour l'achat d'un moteur, comme c'est le cas avec un mouvement d'horlogerie. De plus, vous pouvez installer vous-même le mécanisme rotatif sous la forme d'une horloge à eau, sans même avoir de connaissances particulières.

Les avantages des panneaux solaires

L'énergie solaire est un domaine prometteur qui ne cesse de se développer. Ils présentent plusieurs avantages principaux. Facilité d'utilisation, longue durée de vie, sécurité et prix abordable.

Les aspects positifs de l'utilisation de ce type de batterie :

• Renouvelable - cette source d'énergie n'a pratiquement aucune restriction, de plus, elle est gratuite. Au moins pour les 6,5 milliards d'années à venir. Il est nécessaire de sélectionner l'équipement, de l'installer et de l'utiliser conformément à sa destination (dans une maison privée ou un terrain de chalet).
• Abondance - La surface de la terre reçoit en moyenne environ 120 000 térawatts d'énergie, soit 20 fois la consommation énergétique actuelle. Les panneaux solaires pour les chalets ou les maisons privées ont un énorme potentiel d'utilisation.
• Constance - l'énergie solaire est constante, donc l'humanité n'est pas menacée de dépenses excessives dans le processus de son utilisation.
• Disponibilité - l'énergie solaire peut être générée dans n'importe quelle zone, tant qu'il y a de la lumière naturelle. Cependant, le plus souvent, il est utilisé pour le chauffage domestique.
• Propreté écologique - l'énergie solaire est une industrie prometteuse qui remplacera à l'avenir les centrales électriques fonctionnant avec des ressources non renouvelables : gaz, tourbe, charbon et pétrole. Sans danger pour la santé des personnes et des animaux domestiques.

• Lors de la production de panneaux et de l'installation de centrales solaires, il n'y a pas d'émissions importantes de substances nocives ou toxiques dans l'atmosphère.
• Silencieux - La production d'électricité est presque silencieuse, et donc ce type de centrale électrique est meilleur que les parcs éoliens. Leur travail s'accompagne d'un bourdonnement constant, à cause duquel l'équipement tombe rapidement en panne, et les employés doivent prendre des pauses fréquentes.
• Rentable - Lors de l'utilisation de panneaux solaires, les propriétaires bénéficient d'une réduction significative des factures d'électricité. Les panneaux ont une longue durée de vie - le fabricant accorde une garantie sur les panneaux de 20 à 25 ans. Dans le même temps, l'entretien de l'ensemble de la centrale est réduit à un nettoyage périodique (tous les 5 à 6 mois) des surfaces des panneaux de la saleté et de la poussière.

Le principe de fonctionnement de la batterie solaire

En raison du flux de charge à la limite des couches p et n, une zone de charge positive non compensée est formée dans la couche n et une charge négative est formée dans la couche p, c'est-à-dire connu de tous depuis le cours scolaire de physique jonction p-n. La différence de potentiel qui se produit à la transition, la différence de potentiel de contact (barrière de potentiel) empêche le passage des électrons de la couche p, mais laisse passer librement les porteurs mineurs dans la direction opposée, ce qui permet d'obtenir une photo-EMF lorsque la lumière du soleil frappe la cellule solaire.

Lorsqu'ils sont exposés à la lumière du soleil, les photons absorbés commencent à générer des paires électron-trou hors d'équilibre. Les électrons générés près de la transition passent de la couche p à la région n.

De même, les trous et la couche n en excès pénètrent dans la couche p (figure a). Il s'avère qu'une charge positive s'accumule dans la couche p et qu'une charge négative s'accumule dans la couche n, provoquant une tension dans le circuit externe (Figure b). La source de courant a deux pôles : positif - couche p et négatif - couche n.

C'est le principe de base du fonctionnement des cellules solaires. Les électrons semblent donc courir en cercle, c'est-à-dire quitter la couche p et revenir à la couche n en passant par la charge (accumulateur).

La sortie photoélectrique dans un élément à jonction unique n'est fournie que par les électrons qui ont une énergie supérieure à la largeur d'une certaine bande interdite. Ceux qui ont moins d'énergie ne participent pas à ce processus. Cette restriction peut être supprimée par des structures multicouches composées de plus d'un SC, dans lesquelles bande interdite différent. Ils sont appelés cascade, multi-jonctions ou tandem. Leur conversion photoélectrique est plus élevée du fait que ces cellules solaires fonctionnent avec un spectre solaire plus large. Dans ceux-ci, des photocellules sont situées à mesure que la bande interdite diminue. Les rayons du soleil tombent d'abord sur la cellule photoélectrique avec la zone la plus large, tandis que l'absorption des photons avec la plus haute énergie se produit.

Ensuite, les photons passés par la couche supérieure tombent sur l'élément suivant, et ainsi de suite. Dans le domaine des éléments en cascade, la principale direction de recherche est l'utilisation de l'arséniure de gallium en tant que composant unique ou multiple. De tels éléments ont un rendement de conversion de 35 %. Les éléments sont connectés dans une batterie, car les capacités techniques ne permettent pas de fabriquer un élément séparé de grande taille (donc de puissance).

Les cellules solaires peuvent fonctionner pendant longtemps.Ils se sont révélés être une source d'énergie stable et fiable, ayant été testés dans l'espace, où le principal danger pour eux est la poussière et les radiations météoriques, qui entraînent l'érosion des éléments en silicium. Mais, puisque, sur Terre, ces facteurs n'ont pas un effet aussi négatif sur eux, on peut supposer que la durée de vie des éléments sera encore plus longue.

Les panneaux solaires sont déjà au service de l'homme, étant une source d'alimentation pour divers appareils, allant des téléphones portables aux véhicules électriques.

Et c'est déjà la deuxième tentative de l'homme pour freiner l'énergie solaire illimitée, la forçant à travailler pour son propre bien. La première tentative a été de créer des capteurs solaires, dans lesquels l'électricité était générée en chauffant l'eau à un point d'ébullition avec les rayons concentrés du soleil.

L'avantage des batteries solaires est qu'elles produisent directement de l'électricité, perdant beaucoup moins d'énergie que les capteurs solaires à plusieurs étages, dans lesquels le processus d'obtention est associé à la concentration des rayons du soleil, au chauffage de l'eau, à la génération de vapeur qui fait tourner une turbine à vapeur , et seulement après cela en générant de l'électricité par un générateur. Les principaux paramètres des panneaux solaires - tout d'abord, la puissance

Ensuite, il est important de savoir combien d'énergie ils ont

Ce paramètre dépend de la capacité des batteries et de leur nombre. Le troisième paramètre est la consommation d'énergie maximale, c'est-à-dire le nombre de connexions simultanées possibles d'appareils. Un autre paramètre important est la tension nominale, qui conditionne le choix des équipements complémentaires : onduleur, panneau solaire, contrôleur, batterie.

Avantages et inconvénients

Les panneaux solaires, comme les autres appareils, ont leurs propres avantages et inconvénients. Les avantages incontestables de ces systèmes sont les suivants :

• La possibilité de fonctionnement autonome vous permet d'organiser l'alimentation des objets, des appareils électroniques et de l'éclairage, éloignés à une distance considérable des réseaux électriques fixes.
• Économies importantes lors de l'exploitation. La lumière du soleil qui se transforme en électricité ne coûte rien et ne nécessite pas de coûts supplémentaires. Vous ne devez payer que les onduleurs et les batteries qui nécessitent un remplacement périodique. Et même dans ce cas, les panneaux solaires seront amortis en 10 ans environ avec une période de garantie moyenne de 25 à 30 ans. Si vous suivez toutes les règles de fonctionnement, les piles peuvent durer encore plus longtemps.
• Comparé aux centrales électriques conventionnelles qui consomment du carburant et polluent l'environnement, le système de fonctionnement des panneaux solaires est respectueux de l'environnement et silencieux.

Cependant, ces appareils présentent également de sérieux inconvénients, qu'il convient de prendre en compte au préalable dans les calculs préliminaires:

• Le coût élevé non seulement des panneaux, mais également des composants supplémentaires - onduleurs, contrôleurs, batteries.
• Le remboursement prend trop de temps. L'argent est retiré de la circulation pendant longtemps.
• Les systèmes solaires avec des cellules photovoltaïques nécessitent beaucoup d'espace. Assez souvent, à ces fins, il est nécessaire d'utiliser non seulement tout le toit, mais également les murs du bâtiment, violant gravement les solutions de conception. Un espace supplémentaire est nécessaire pour les batteries de grande capacité, qui dans certains cas peuvent occuper une pièce entière.
• Le processus de production d'électricité se produit de manière inégale, selon l'heure de la journée. Cet inconvénient est compensé par les batteries rechargeables, qui accumulent de l'électricité le jour et la restituent aux consommateurs la nuit.

Les transistors comme base des éléments légers

Les transistors conviennent à notre objectif, car ils contiennent à l'intérieur un élément semi-conducteur en silicium assez grand, qui sera utilisé pour produire de l'électricité. Il est préférable d'opter pour des transistors tels que KT ou P.

Nous commençons le travail. Tout d'abord, nous avons coupé le couvercle métallique du nombre requis de composants radio. C'est plus facile à faire si vous serrez le transistor dans un étau et le coupez soigneusement avec une scie à métaux. À l'intérieur, vous verrez une assiette. C'est la partie principale de notre futur appareil. Elle nous servira de photocellule.

La pièce aura trois contacts : base, émetteur et collecteur. Lors du montage, choisissez la jonction de collecteur en raison de la différence de potentiel la plus élevée.

L'assemblage à faire soi-même est préférable sur une surface plane à partir de n'importe quel matériau diélectrique.

Les transistors que vous allez utiliser lors de la création de panneaux solaires doivent être vérifiés avant le travail. À ces fins, nous prenons un simple multimètre. Il est nécessaire de passer l'appareil en mode de mesure de courant, de l'allumer entre la base et le collecteur ou l'émetteur du transistor. Nous supprimons l'indicateur - généralement l'appareil affiche un petit courant - des fractions de milliampère, moins souvent un peu plus de 1 mA.Ensuite, nous passons l'appareil en mode de mesure de tension (limite 1-3 V) et nous obtenons la valeur de la tension de sortie (elle sera d'environ quelques dixièmes de volt). Il est souhaitable de regrouper les transistors avec des valeurs proches des tensions de sortie.

Montage

Les panneaux solaires sont montés sur une structure spéciale, dont la connexion détermine la capacité des photocellules à résister à toutes les conditions météorologiques défavorables, telles que le vent fort, la pluie ou la neige, et contribue également à la formation de l'angle d'inclinaison correct.

Ce design est disponible à la vente dans les versions suivantes :

• incliné - ces systèmes sont optimaux pour une installation sur un toit en pente;
• horizontal - cette conception est attachée aux toits plats;
• autonome - les batteries de ce type peuvent être installées sur des toits de différents types et tailles.

Le processus réel d'installation des batteries s'effectue selon le schéma suivant:

pour la fixation du cadre du panneau, des carrés métalliques de 50x50 mm sont nécessaires, ainsi que des carrés de 25x25 mm, qui sont utilisés pour les poutres d'espacement

La présence de ces pièces permet d'obtenir la résistance requise et la stabilité fiable de la structure de support, et donne également le degré d'inclinaison requis;
vous devez assembler le cadre, pour cela vous avez besoin de boulons de 6 et 8 m;
la structure est fixée sous la toiture avec des goujons de 12 mm ;
de petits trous sont formés dans les carrés préparés, des panneaux y sont fixés et des vis doivent être utilisées pour une adhérence plus forte;
lors des travaux d'installation, une attention particulière doit être portée au cadre - il ne doit pas y avoir de distorsions.Sinon, une surtension du système peut se produire, ce qui entraînera une fissuration du verre.

L'installation de sources de chaleur et de lumière solaires sur la loggia ou sur le balcon se déroule selon un schéma similaire. La seule exception est que le cadre est monté sur un plan incliné. Il est monté entre le mur porteur principal du bâtiment et l'extrémité du bâtiment, toujours du côté ensoleillé. L'auto-assemblage et l'installation de panneaux solaires de tous types ne nécessitent pas d'expérience dans les travaux de construction, cependant, certaines compétences d'installation seront toujours nécessaires. Si vous le souhaitez, vous pouvez effectuer l'installation vous-même en toute sécurité, cependant, avant cela, il serait bon de lire de la documentation spéciale sur les caractéristiques de l'installation de pales et d'étudier les classes de maître disponibles sur Internet et, bien sûr, de faire le plein de les outils nécessaires.

Les avantages de travailler de vos propres mains sont évidents - cela permet d'économiser beaucoup d'argent sur les services de spécialistes, ainsi qu'une expérience considérable, qui pourrait être nécessaire à l'avenir. Dans le même temps, si les capacités personnelles ne suffisent pas, vous pouvez non seulement perdre du temps, mais également provoquer la rupture des panneaux ou leur faible efficacité.

Particularités

Aujourd'hui, les batteries à base de polycristaux photovoltaïques sont les plus utilisées. De tels modèles se distinguent par une combinaison optimale de coût et de quantité d'énergie libérée, ils se caractérisent par une riche couleur bleue et une structure cristalline des principaux éléments. Ils sont très faciles à installer, car même un maître sans grande expérience de travail peut faire face à leur installation dans sa maison privée et dans leur chalet d'été. Les panneaux photovoltaïques monocristallins sont les deuxièmes les plus populaires.

Les cellules solaires, fabriquées à partir de silicium amorphe, se caractérisent par un rendement plutôt faible. Cependant, leurs prix sont légèrement inférieurs au coût des analogues, de sorte que le modèle est en demande parmi les propriétaires de maisons de campagne. À l'heure actuelle, ces produits représentent 85 % du marché. Ils ne peuvent pas se vanter d'avoir une puissance élevée et des modifications au tellurure de cadmium ; leur production repose sur une technique de film de haute technologie : plusieurs centaines de micromètres d'une substance sont appliqués en couche mince sur une surface durable. Il est à noter qu'à un très faible niveau d'efficacité du produit, sa puissance est assez élevée.

Une autre option pour les batteries à énergie solaire sont les variétés à base de semi-conducteurs CIGS. Comme la version précédente, ils sont produits à l'aide de la technologie du film, cependant, leur efficacité est beaucoup plus élevée. Séparément, il convient de s'attarder sur le mécanisme de fonctionnement des sources de chaleur et de lumière solaires. L'essentiel est de bien comprendre que la quantité totale d'énergie générée ne peut en aucun cas dépendre du degré d'efficacité de l'appareil lui-même, car généralement tous les types d'appareils de ce type fournissent une puissance à peu près identique. La principale différence est que les panneaux qui ont une efficacité maximale nécessitent moins d'espace pour leur installation.

Les panneaux solaires présentent les avantages suivants :

• respect de l'environnement de l'installation ;
• longue période d'utilisation, au cours de laquelle les caractéristiques opérationnelles des panneaux restent constamment élevées ;
• les technologies tombent rarement en panne, elles n'ont donc pas besoin d'entretien et de maintenance, ni de réparations coûteuses;
• l'utilisation de batteries à base d'énergie solaire permet de réduire les coûts d'électricité et de gaz dans la maison ;
• Les panneaux solaires sont exceptionnellement faciles à utiliser.

Cependant, ce n'était pas non plus sans inconvénients, parmi les plus importants sont les suivants:

• panneaux de haute scène ;
• la nécessité d'installer une variété d'équipements supplémentaires pour synchroniser efficacement l'énergie reçue de la batterie et celle obtenue à partir de sources traditionnelles ;
• les panneaux ne peuvent pas être utilisés en contact avec de tels appareils nécessitant des puissances élevées.

9. Caractéristiques des cellules solaires à points quantiques

Le dernier type de batteries prometteur du futur proche est construit sur les propriétés des points quantiques physiques - des inclusions microscopiques de semi-conducteurs dans un matériau particulier. Géométriquement, ces "points" mesurent quelques nanomètres et sont répartis dans le matériau de manière à couvrir l'absorption des rayonnements de tout le spectre solaire - IR, lumière visible et UV.

Un énorme avantage de ces panneaux est la capacité de fonctionner même la nuit, générant environ 40% de la puissance maximale de jour.

Caractéristiques physiques et techniques, certification et étiquetage

Indépendamment de la composition des panneaux solaires, chacun d'eux présente un certain nombre des caractéristiques importantes suivantes :

• mécanique – paramètres géométriques, poids total, type de cadre, verre de protection, nombre de cellules, type et largeur des connecteurs ;
• électrique ou volt-ampère - puissance, tension à vide, intensité du courant à charge maximale, rendement du panneau dans son ensemble et des cellules individuelles en particulier ;
• Température - changement d'efficacité avec une augmentation de la température d'une certaine unité de grandeur (généralement - 1 degré);
• qualité – durée de vie, taux de dégradation des cellules, présence dans les ratings Bloomberg ;
• fonctionnel - la nécessité et la facilité d'entretien, facilité de montage/démontage.

Les panneaux solaires industriels, quels que soient leurs matériaux, doivent être certifiés. Les exigences minimales sont les certificats de qualité ISO, CE, TUV (international) et / ou l'Union douanière (lorsqu'il est vendu en son sein).

Les règles internationales d'étiquetage sont également obligatoires. Par exemple, abréviation CHN-350M-72 contient les informations suivantes :

• RCS - identifiant du fabricant (dans ce cas, le ChinaLand chinois) ;
• 350 – puissance du panneau en watts;
• M – désignation du silicium monocristallin ;
• 72 est le nombre de cellules photovoltaïques dans le module.

Que pouvez-vous fabriquer des panneaux solaires de vos propres mains à la maison

Cela nécessite les éléments suivants :

Schéma et calculs pré-dessinés.
Un certain nombre de cellules solaires préfabriquées - ce sont les moins chères à acheter en ligne, par exemple sur le site Aliexpress ou dans d'autres magasins en ligne

Faites attention au fait que tous les éléments ont les mêmes caractéristiques électriques. Cadre fait maison en bois et contreplaqué - les règles de son assemblage peuvent être consultées sur de nombreuses vidéos sur le net

Plexiglas ou plexiglas pour revêtement protecteur de surface.
Peinture et colle résistante à la chaleur pour le traitement des surfaces en bois.
Bandes de contact et fils pour connecter les cellules. Des schémas de différentes méthodes de connexion peuvent également être étudiés sur Internet.
Fer à souder et soudure. Les travaux de soudure doivent être effectués avec beaucoup de soin afin de ne pas gâcher le futur produit.
Colle silicone et vis autotaraudeuses pour la fixation de la batterie préfabriquée dans le cadre.

Une petite batterie nécessitera un investissement d'environ 30 à 50 $, tandis qu'une version d'usine de la même capacité ne coûtera que 10 à 20 % de plus.

Bien sûr, une telle conception artisanale ne durera pas 25 ans, n'aura pas la puissance d'une centrale solaire à part entière et ne pourra pas se vanter d'une efficacité significative. Cependant, son coût sera aussi minime que possible.

Dispositif de batterie solaire

Pour que la batterie solaire puisse convertir la lumière du soleil en courant, les éléments suivants sont nécessaires :

1. Une couche photovoltaïque qui joue le rôle d'un semi-conducteur. Il est représenté par deux couches de matériaux de conductivité différente. Ici, les électrons peuvent passer de la région p (+) à la région n (-). C'est ce qu'on appelle une jonction p-n;
2. Un élément est placé entre deux couches de semi-conducteurs, ce qui est essentiellement un obstacle à la transition des électrons ;
3. Source de pouvoir. Il est nécessaire de se connecter à un élément qui empêche le transfert d'électrons. Il transforme le mouvement des électrons chargés, c'est-à-dire crée un courant électrique. Batterie d'accumulateurs. Accumule et stocke l'énergie;
4. contrôleur de charge. Sa fonction principale est de connecter et déconnecter la batterie solaire en fonction du niveau de charge. Des appareils plus sophistiqués sont capables de contrôler le niveau de puissance maximum ;
5. Convertisseur CC-CA (onduleur);
6. Stabilisateur de tension.Fournit une protection pour le système de batterie solaire contre les surtensions.