Solarenergie ist die sauberste und am besten verfügbare erneuerbare Energiequelle. Die moderne Technologie kann diese Energie für eine Vielzahl von Anwendungen nutzen, einschließlich der Stromerzeugung, der Bereitstellung von Licht und Heizwasser für Haushalts-, Gewerbe- oder Industrieanwendungen.
Solarenergie kann auch zur Deckung unseres Strombedarfs genutzt werden. Durch solare Photovoltaikzellen (SPV) wird Sonnenstrahlung direkt in Gleichstrom umgewandelt. Dieser Strom kann entweder unverändert verwendet oder in der Batterie gespeichert werden. In diesem Artikel werden wir alles über die Sonnenenergie sehen. Lassen Sie uns Schritt für Schritt sehen:
Solar Photovoltaic (SPV) Zelle:
Eine Solarphotovoltaik oder Solarzelle ist ein Gerät, das mithilfe des photoelektrischen Effekts Licht in elektrischen Strom umwandelt. SPVs werden in vielen Anwendungen wie Eisenbahnsignalen, Straßenbeleuchtung, Haushaltsbeleuchtung und Stromversorgung von Fernkommunikationssystemen eingesetzt.
Es hat eine Siliziumschicht vom p-Typ, die in Kontakt mit einer Siliziumschicht vom n-Typ gebracht wird, und die Diffusion von Elektronen erfolgt vom Material vom n-Typ zum Material vom p-Typ. In dem Material vom p-Typ gibt es Löcher zum Aufnehmen der Elektronen. Das Material vom n-Typ ist reich an Elektronen, so dass sich die Elektronen durch den Einfluss der Sonnenenergie vom Material vom n-Typ und im p-n-Übergang mit Löchern verbinden. Dies erzeugt eine Ladung auf beiden Seiten des pn-Übergangs, um ein elektrisches Feld zu erzeugen . Infolgedessen entwickelt sich ein diodenähnliches System, das den Ladungsfluss fördert. Dies ist der Driftstrom, der die Diffusion von Elektronen und Löchern ausgleicht. Der Bereich, in dem Driftstrom auftritt, ist die Verarmungszone oder der Raumladungsbereich, in dem die mobilen Ladungsträger fehlen.
Im Dunkeln verhält sich die Solarzelle also wie eine in Sperrrichtung vorgespannte Diode. Wenn Licht wie eine Diode darauf fällt, spannt sich die Solarzelle vorwärts und der Strom fließt wie eine Diode in eine Richtung von Anode zu Kathode. Normalerweise ist die Leerlaufspannung (ohne Anschluss der Batterie) eines Solarmoduls höher als die Nennspannung. Zum Beispiel liefert ein 12-Volt-Panel bei hellem Sonnenlicht etwa 20 Volt. Wenn die Batterie daran angeschlossen ist, fällt die Spannung auf 14-15 Volt ab. Photovoltaik-Solarzellen (SPV) bestehen aus außergewöhnlichen Materialien, die als Halbleiter bezeichnet werden, beispielsweise Silizium, das derzeit am häufigsten verwendet wird. Wenn Licht auf die Zelle trifft, wird im Wesentlichen ein bestimmter Teil davon im Halbleitermaterial absorbiert. Dies bedeutet, dass die Energie des absorbierten Lichts auf den Halbleiter übertragen wird.
Solar-PV-Zellen haben auch alle ein oder mehrere elektrische Felder, die die durch Lichtabsorption freigesetzten Elektronen dazu zwingen, in eine bestimmte Richtung zu fließen. Dieser Elektronenfluss ist ein Strom. Durch Platzieren von Metallkontakten oben und unten an der SPV-Zelle können wir diesen Strom abziehen, um ihn aus der Ferne zu nutzen. Die Zellenspannung definiert den Strom, den die Solarzelle erzeugen kann. Der Prozess der Umwandlung von Licht in Elektrizität wird als Solar-Photovoltaik-Effekt (SPV) bezeichnet. Eine Reihe von Sonnenkollektoren wandelt Sonnenenergie in Gleichstrom um. Der Gleichstrom tritt dann in einen Wechselrichter ein. Der Wechselrichter wandelt Gleichstrom in 120-Volt-Wechselstrom um, der von Haushaltsgeräten benötigt wird.
Sonnenkollektor:
Ein Solarpanel ist eine Sammlung von Solarzellen. Das Solarpanel wandelt die Sonnenenergie in elektrische Energie um. Das Solarpanel verwendet ohmsches Material für Verbindungen sowie die externen Klemmen. Die im Material vom n-Typ erzeugten Elektronen gelangen also durch die Elektrode zu dem mit der Batterie verbundenen Draht. Durch die Batterie erreichen die Elektronen das Material vom p-Typ. Hier verbinden sich die Elektronen mit den Löchern. Wenn das Solarpanel an die Batterie angeschlossen ist, verhält es sich wie eine andere Batterie, und beide Systeme sind wie zwei in Reihe geschaltete Batterien in Reihe geschaltet.
Die Leistung des Solarmoduls ist seine Leistung, die in Watt oder Kilowatt gemessen wird. Solarmodule mit unterschiedlichen Nennleistungen sind verfügbar, z. B. 5 Watt, 10 Watt, 20 Watt, 100 Watt usw. Bevor Sie das Solarmodul auswählen, müssen Sie die für die Last erforderliche Leistung ermitteln. Wattstunden oder Kilowattstunden werden zur Berechnung des Leistungsbedarfs verwendet. In der Regel entspricht die durchschnittliche Leistung 20% der Spitzenleistung. Daher ergibt jedes Spitzen-Kilowatt Solar-Array eine Ausgangsleistung, die der Energieerzeugung von 4,8 kWh / Tag entspricht. Das sind 24 Stunden x 1 kW x 20%.
Die Leistung des Solarmoduls hängt von einer Reihe von Faktoren ab, wie z. B. Klima, Himmelsbedingungen, Ausrichtung des Solarmoduls, Intensität und Dauer des Sonnenlichts und seiner Kabelverbindungen. Wenn das Sonnenlicht normal ist, liefert ein 12-Volt-15-Watt-Panel etwa 1 Ampere Strom. Bei ordnungsgemäßer Wartung hält ein Solarpanel etwa 25 Jahre. Es ist notwendig, die Anordnung des Solarpanels auf dem Dach zu entwerfen. Normalerweise ist es in einem Winkel von 45 Grad nach Osten ausgerichtet. Es wird auch eine Solar-Tracking-Anordnung verwendet, die das Panel dreht, wenn sich die Sonne von Ost nach West bewegt. Die Kabelverbindung ist ebenfalls wichtig. Ein Kabel von guter Qualität mit einer ausreichenden Stärke, um den Strom zu verarbeiten, gewährleistet das ordnungsgemäße Laden des Akkus. Wenn der Draht zu lang ist, kann sich der Ladestrom verringern. Daher ist das Solarpanel in der Regel 10 bis 20 Fuß über dem Boden angeordnet. Es wird empfohlen, das Solarpanel einmal im Monat ordnungsgemäß zu reinigen. Dies umfasst die Reinigung der Oberfläche, um Staub und Feuchtigkeit zu entfernen, sowie die Reinigung und den erneuten Anschluss der Klemmen.
Das Solarpanel hat insgesamt vier Prozessschritte: Überlastung, Aufladung, schwacher Akku und Tiefentladungszustand.
Aus der folgenden Schaltung haben wir ein Solarpanel verwendet, bei dem eine Stromquelle zum Laden der Batterie B1 über D10 verwendet wird. Während die Batterie voll aufgeladen ist, leitet Q1 vom Ausgang des Komparators. Dies führt dazu, dass Q2 die Sonnenenergie durch D11 und Q2 so leitet und umleitet, dass die Batterie nicht überladen wird. Während der Akku vollständig aufgeladen ist, steigt die Spannung am Kathodenpunkt von D10 an. Der Strom vom Solarpanel wird über D11 und den MOSFET-Drain und die Source umgeleitet. Während die Last von der Schaltoperation verwendet wird, liefert Q2 normalerweise einen Pfad zum Minus, während das Positive im Falle einer Überlast über den Schalter mit dem Gleichstrom verbunden ist. Der korrekte Betrieb der Last im Normalzustand wird angezeigt, während der MOSFET Q2 leitet.
Anwendung von Solarenergie:
Von unten Schaltung können zur Steuerung der Intensität LED-Lampen mit unterschiedlichem Arbeitszyklus von einer Gleichstromquelle gespeist werden. Das Konzept der Intensitätsregelung hilft, elektrische Energie zu sparen. Die LEDs werden in Kombination mit geeigneten Treibertransistoren des Mikrocontrollers verwendet, die für eine praktische Anwendung ordnungsgemäß programmiert wurden.
Um dasselbe von einer 12-V-Gleichstromquelle zu demonstrieren, werden 4 LEDs in Reihe geschaltet, wobei ein String mit 8 * 3 = 24 Strings in Reihe mit einem MOSFET geschaltet wird, der als Schalter fungiert. Der MOSFET könnte IRF520 oder Z44 sein. Jede LED ist eine weiße LED und arbeitet mit 2,5 V. Somit benötigen 4 in Reihe geschaltete LEDs 10V. Daher ist ein Widerstand mit 10 Ohm und 10 Watt in Reihe mit den LEDs geschaltet, wobei die Ausgleichsspannung von 12 V abfällt, indem der Strom für einen sicheren Betrieb der LEDs begrenzt wird.
Zum Beispiel werden die LED-Lichter, die für Straßenlaternen verwendet werden, in der Dämmerung mit voller Intensität bis 23 Uhr eingeschaltet, wobei 99% ordnungsgemäß für die LED verwendet werden, d. H. 1% Einschaltdauer von der Steuerung. Mit jeder Stunde ab 23 Uhr sinkt der Arbeitszyklus für LEDs schrittweise von 99%, so dass der Einschaltzeit-Arbeitszyklus am Morgen von 99% auf 10% und schließlich auf Null steigt, was bedeutet, dass die Lichter ab dem Morgen, dh ab dem Morgengrauen, ausgeschaltet sind zur Dämmerung. Die Operation wiederholt sich von der Dämmerung an wieder mit voller Intensität bis 23 Uhr ab 18 Uhr und um 12 Uhr nachts ist es 80% Einschaltdauer, 1'o Uhr 70%, 2'o Uhr 60%, 3'o Uhr 50%, 4'o Uhr Uhr 40% und so weiter bis 10% und schließlich im Morgengrauen AUS.
Die LED-Intensität ändert sich entsprechend der Pulsweitenmodulation, wie in Abb. 1 gezeigt.
