태양 전지의 작동 원리: 태양 전지판의 배열 및 작동 원리

물시계

회전 장치를 제어하는 ​​이 방법은 진취적인 캐나다 학생이 발명했으며 수평 축 하나만 돌리는 역할을 합니다.

작동 원리도 간단하며 다음과 같습니다.

1. 태양광이 광전지에 수직으로 닿으면 태양전지가 원래 위치에 설치됩니다.
2. 그런 다음 한쪽에 물이 담긴 용기를 부착하고 다른 쪽에는 물이 담긴 용기와 같은 무게의 물체를 부착합니다. 용기 바닥에는 작은 구멍이 있어야 합니다.
3. 이를 통해 물이 탱크에서 점차 흘러 나와 무게가 줄어들고 패널이 천천히 균형추쪽으로 기울어집니다. 용기 구멍의 치수를 실험적으로 결정해야 합니다.

이 방법이 가장 간단합니다.또한 시계 장치의 경우와 같이 엔진 구매에 소요되는 재료 자원을 절약합니다. 또한 특별한 지식이 없어도 물시계 형태의 회전 메커니즘을 직접 설치할 수 있습니다.

태양광 패널의 장점

태양 에너지는 지속적으로 발전하고 있는 유망한 분야입니다. 그들은 몇 가지 주요 장점이 있습니다. 사용 용이성, 긴 수명, 안전성 및 경제성.

이 유형의 배터리 사용의 긍정적인 측면:

• 재생 가능 -이 에너지 원은 실제로 제한이 없으며 무료입니다. 적어도 앞으로 65억년 동안은요. 장비를 선택하고 설치하고 의도 한 목적 (개인 주택 또는 별장에서)으로 사용해야합니다.
• 풍부함 - 지구 표면은 평균 약 120,000테라와트의 에너지를 수신하며, 이는 현재 에너지 소비의 20배입니다. 코티지 또는 개인 주택용 태양광 패널은 사용 가능성이 매우 큽니다.
• 불변성 - 태양 에너지는 일정하므로 인류는 사용 과정에서 과도한 지출로 위협받지 않습니다.
• 가용성 - 자연광이 있는 한 모든 지역에서 태양 에너지를 생성할 수 있습니다. 그러나 대부분 가정 난방에 사용됩니다.
• 생태학적 청결 - 태양 에너지는 미래에 가스, 이탄, 석탄 및 석유와 같은 재생 불가능한 자원으로 운영되는 발전소를 대체할 유망한 산업입니다. 사람과 애완 동물의 건강에 안전합니다.

• 패널 생산 및 태양광 발전소 설치 중에 유해하거나 유독한 물질이 대기 중으로 상당량 배출되지 않습니다.
• 저소음 – 발전은 거의 조용하므로 이러한 유형의 발전소는 풍력 발전소보다 낫습니다. 그들의 작업에는 끊임없는 윙윙 거리는 소리가 동반되어 장비가 빨리 고장나고 직원은 휴식을 위해 자주 휴식을 취해야합니다.
• 경제성 – 태양광 패널을 사용할 때 부동산 소유자는 전기 요금을 크게 절감할 수 있습니다. 패널은 긴 서비스 수명을 가지고 있습니다. 제조업체는 패널에 대해 20년에서 25년 사이의 보증을 제공합니다. 동시에 전체 발전소의 유지 관리가 먼지와 먼지로부터 패널 표면을 주기적으로(5-6개월마다) 청소하는 것으로 축소됩니다.

태양 전지의 작동 원리

p층과 n층 경계에서의 전하누설로 인해 n층에는 보상되지 않은 양전하 영역이 형성되고, p층에는 음전하 영역이 형성된다. 물리학 p-n-접합의 학교 과정에서 모든 사람에게 알려져 있습니다. 전이에서 발생하는 전위차, 접촉전위차(potential barrier)는 p층에서 전자가 통과하는 것을 막지만, 반대 방향으로 마이너 캐리어를 자유롭게 통과시켜 태양광이 닿을 때 광기전력을 얻을 수 있다. 태양 전지.

햇빛에 노출되면 흡수된 광자는 비평형 전자-정공 쌍을 생성하기 시작합니다. 전이 근처에서 생성된 전자는 p-층에서 n-영역으로 전달됩니다.

유사하게, 여분의 구멍과 n층은 p층으로 들어간다(그림 a).p층에 양전하가 축적되고 n층에 음전하가 축적되어 외부 회로에 전압이 발생하는 것으로 나타났습니다(그림 b). 전류 소스에는 양극-p-층 및 음극-n-층의 두 극이 있습니다.

이것이 태양 전지가 작동하는 기본 원리입니다. 따라서 전자는 원을 그리며 움직이는 것처럼 보입니다. p-층을 떠나 부하(누적기)를 통과하여 n-층으로 돌아갑니다.

단일 접합 소자에서 광전 유출은 특정 밴드 갭의 폭보다 높은 에너지를 갖는 전자에 의해서만 제공됩니다. 에너지가 적은 사람들은 이 과정에 참여하지 않습니다. 이 제한은 하나 이상의 SC로 구성된 다층 구조에 의해 제거될 수 있습니다. 밴드갭 다른. 캐스케이드, 다중 접합 또는 탠덤이라고합니다. 이러한 태양 전지는 더 넓은 태양 스펙트럼에서 작동하기 때문에 광전 변환이 더 높습니다. 그들에서 광전지는 밴드 갭이 감소함에 따라 위치합니다. 태양 광선은 가장 넓은 영역을 가진 광전지에 먼저 떨어지고 에너지가 가장 높은 광자의 흡수가 발생합니다.

그런 다음 상위 레이어를 통과한 광자는 다음 요소에 떨어지는 방식으로 진행됩니다. 캐스케이드 요소 분야에서 연구의 주요 방향은 갈륨 비소를 하나 또는 여러 구성 요소로 사용하는 것입니다. 이러한 요소의 변환 효율은 35%입니다.기술적 인 능력으로 인해 큰 크기 (따라서 전원)의 별도 요소를 제조 할 수 없기 때문에 요소가 배터리에 연결됩니다.

태양 전지는 오랫동안 작동할 수 있습니다. 그들은 우주에서 테스트 된 안정적이고 신뢰할 수있는 에너지 원으로 스스로를 입증했습니다. 우주에서 주요 위험은 실리콘 요소의 침식으로 이어지는 유성 먼지와 방사선입니다. 그러나 지구에서는 이러한 요소가 부정적인 영향을 미치지 않기 때문에 요소의 서비스 수명이 훨씬 더 길어질 것이라고 가정할 수 있습니다.

태양 전지 패널은 이미 휴대 전화에서 전기 자동차에 이르기까지 다양한 장치의 전원이 되는 인간의 서비스에 있습니다.

그리고 이것은 이미 무한한 태양 에너지를 억제하여 자신의 이익을 위해 작동하도록 강요하는 인간의 두 번째 시도입니다. 첫 번째 시도는 집광된 태양 광선으로 물을 끓는점까지 가열하여 전기를 생성하는 태양열 집열기를 만드는 것이었습니다.

태양 전지의 장점은 직접 전기를 생산하고 태양광 다단 집열기보다 에너지 손실이 훨씬 적다는 것입니다. 여기서 얻는 과정은 태양 광선의 집중, 물 가열, 증기 터빈을 회전시키는 증기 생성과 관련이 있습니다. , 그리고 그 후에야 발전기로 전기를 생산합니다. 태양 전지 패널의 주요 매개 변수 - 우선 전력

그렇다면 그들이 얼마나 많은 에너지를 가지고 있는지가 중요합니다.

이 매개변수는 배터리 용량과 배터리 수에 따라 다릅니다. 세 번째 매개변수는 최대 전력 소비로, 동시에 가능한 장치 연결 수를 의미합니다.또 다른 중요한 매개 변수는 인버터, 태양 전지 패널, 컨트롤러, 배터리와 같은 추가 장비의 선택을 결정하는 정격 전압입니다.

장점과 단점

태양 전지판은 다른 장치와 마찬가지로 고유한 장점과 단점이 있습니다. 이러한 시스템의 확실한 장점은 다음과 같습니다.

• 자율 작동의 가능성을 통해 고정 전기 네트워크에서 상당한 거리에 있는 물체, 전자 장치 및 조명의 전원 공급 장치를 구성할 수 있습니다.
• 작동 중 상당한 비용 절감. 전기로 바뀌는 햇빛은 비용이 들지 않으며 추가 비용이 필요하지 않습니다. 주기적인 교체가 필요한 인버터와 배터리에 대해서만 비용을 지불하면 됩니다. 그리고 이 경우에도 태양 전지판은 평균 보증 기간이 25~30년으로 약 10년 안에 성과를 거둘 것입니다. 모든 작동 규칙을 따르면 배터리를 더 오래 사용할 수 있습니다.
• 연료를 소비하고 환경을 오염시키는 기존 발전소와 비교하여 태양광 패널 운영 방식은 환경 친화적이며 소음이 없습니다.

그러나 이러한 장치에는 예비 계산에서 미리 고려해야 하는 심각한 단점도 있습니다.

• 패널뿐만 아니라 인버터, 컨트롤러, 배터리와 같은 추가 구성 요소의 높은 비용.
• 회수가 너무 오래 걸립니다. 돈은 오랫동안 순환에서 인출됩니다.
• 광전지가 있는 태양광 시스템은 많은 공간을 필요로 합니다.종종 이러한 목적을 위해 전체 지붕뿐만 아니라 건물의 벽도 사용해야 하므로 설계 설계 솔루션을 심각하게 위반합니다. 경우에 따라 전체 공간을 차지할 수 있는 대용량 배터리에는 추가 공간이 필요합니다.
• 전기를 생산하는 과정은 시간에 따라 고르지 않게 발생합니다. 이 단점은 낮에는 전기를 축적하고 밤에는 소비자에게 제공하는 충전식 배터리로 보상됩니다.

가벼운 요소의 기초로서의 트랜지스터

트랜지스터는 내부에 전기를 생산하는 데 사용되는 상당히 큰 실리콘 반도체 요소가 있기 때문에 우리의 목적에 적합합니다. KT 또는 P와 같은 트랜지스터를 선택하는 것이 가장 좋습니다.

우리는 일을 시작합니다. 우선, 필요한 수의 무선 구성 요소에서 금속 덮개를 자릅니다. 트랜지스터를 바이스에 고정하고 쇠톱으로 조심스럽게 자르면 더 쉽습니다. 안에 접시가 보입니다. 이것은 우리의 미래 장치의 주요 부분입니다. 그것은 우리를 위한 광전지 역할을 할 것입니다.

부품에는 베이스, 이미터 및 컬렉터의 세 가지 접점이 있습니다. 조립하는 동안 전위차가 가장 높기 때문에 컬렉터 접합을 선택하십시오.

DIY 조립은 모든 유전체 재료의 평평한 표면에서 가장 잘 수행됩니다.

태양 전지판을 만들 때 사용할 트랜지스터는 작업 전에 확인해야 합니다. 이러한 목적을 위해 간단한 멀티 미터를 사용합니다.장치를 전류 측정 모드로 전환하고베이스와 트랜지스터의 컬렉터 또는 이미 터 사이에서 켜야합니다. 우리는 표시기를 제거합니다 - 일반적으로 장치는 작은 전류를 보여줍니다 - 밀리암페어의 분수, 덜 자주 1mA보다 약간 더 많습니다. 다음으로 장치를 전압 측정 모드(제한 1-3V)로 전환하고 출력 전압 값을 얻습니다(약 1/10 볼트). 출력 전압의 가까운 값으로 트랜지스터를 그룹화하는 것이 바람직합니다.

설치

태양 전지 패널은 강한 바람, 비 또는 눈과 같은 악천후 조건을 견딜 수 있는 광전지의 능력을 결정하고 정확한 경사각 형성에 기여하는 특수 구조에 장착됩니다.

이 디자인은 다음 버전으로 판매 중입니다.

• 경사 - 이러한 시스템은 투구 지붕에 설치하는 데 최적입니다.
• 수평 -이 디자인은 평평한 지붕에 부착됩니다.
• 독립형 - 이 유형의 배터리는 다양한 유형과 크기의 지붕에 설치할 수 있습니다.

배터리 설치의 실제 프로세스는 다음 구성표에 따라 수행됩니다.

패널의 프레임을 고정하기 위해 50x50mm 크기의 금속 정사각형이 필요하며 스페이서 빔에 사용되는 25x25mm 정사각형이 필요합니다.

이러한 부품이 있으면 지지 구조의 필요한 강도와 안정적인 안정성을 달성할 수 있으며 필요한 정도의 경사도 얻을 수 있습니다.
프레임을 조립해야하므로 6m 및 8m 크기의 볼트가 필요합니다.
구조는 12mm 스터드로 지붕 아래에 고정됩니다.
준비된 사각형에 작은 구멍이 형성되고 패널이 그 안에 고정되고 더 강한 접착을 위해 나사를 사용해야합니다.
설치 작업 중에 프레임에 특별한주의를 기울여야합니다. 프레임에 왜곡이 없어야합니다. 그렇지 않으면 시스템의 과전압이 발생하여 유리가 깨질 수 있습니다.

로지아 또는 발코니에 태양열 및 광원 설치는 유사한 계획에 따라 수행됩니다. 유일한 예외는 프레임이 경사면에 장착된다는 것입니다. 건물의 주 베어링 벽과 건물 끝 사이에 항상 햇볕이 잘 드는 쪽에 장착됩니다. 모든 유형의 태양 전지판을 자체 조립하고 설치하려면 건설 작업 경험이 필요하지 않지만 일부 설치 기술은 여전히 ​​필요합니다. 원하는 경우 직접 안전하게 설치할 수 있지만 그 전에 창백한 설치 기능에 대한 특별 문헌을 읽고 인터넷에서 사용할 수 있는 마스터 클래스를 연구하고 물론 비축하는 것이 좋습니다. 필요한 도구.

자신의 손으로 작업하는 것의 장점은 분명합니다. 이것은 전문가의 서비스에 많은 돈을 절약하고 미래에 필요할 수 있는 엄청난 경험을 절약합니다. 동시에 개인 능력이 충분하지 않으면 시간을 잃을뿐만 아니라 패널이 파손되거나 효율성이 낮아질 수 있습니다.

특색

오늘날 태양광 다결정을 기반으로 하는 배터리가 가장 널리 사용됩니다.이러한 모델은 비용과 방출되는 에너지 양의 최적 조합으로 구별되며 풍부한 파란색과 주요 요소의 결정 구조가 특징입니다. 작업 경험이 많지 않은 마스터라도 개인 주택과 여름 별장에 설치하는 데 대처할 수 있기 때문에 설치가 매우 쉽습니다. 단결정 광전지 패널은 두 번째로 많이 사용됩니다.

비정질 실리콘을 사용하여 만든 태양 전지는 효율이 다소 낮은 것이 특징입니다. 그러나 가격은 아날로그 비용보다 다소 낮기 때문에 모델은 시골집 소유자에게 수요가 있습니다. 현재 이러한 제품이 시장의 85%를 차지합니다. 고출력 및 카드뮴 텔루라이드 변형을 자랑할 수 없으며, 이들의 생산은 하이테크 필름 기술을 기반으로 합니다. 수백 마이크로미터의 물질이 내구성 있는 표면의 얇은 층에 적용됩니다. 매우 낮은 수준의 제품 효율성에서 그 위력이 상당히 높다는 점은 주목할 만합니다.

태양열 배터리의 또 다른 옵션은 CIGS 반도체 기반 품종입니다. 이전 버전과 마찬가지로 필름 기술을 사용하여 생산되지만 효율성은 훨씬 높습니다. 이와 별도로 태양열 및 광원의 작동 메커니즘에 대해 생각할 가치가 있습니다. 가장 중요한 것은 일반적으로 모든 유형의 장치가 거의 동일한 전력을 제공하기 때문에 생성된 총 에너지 양이 장치 자체의 효율성 정도에 어떤 식으로든 의존할 수 없다는 것을 분명히 깨닫는 것입니다.가장 큰 차이점은 효율성이 최대인 패널은 설치 공간이 덜 필요하다는 것입니다.

태양 전지판에는 다음과 같은 장점이 있습니다.

• 설치의 환경 친화성;
• 패널의 작동 기능이 지속적으로 높게 유지되는 장기간 사용;
• 기술은 거의 고장나지 않기 때문에 서비스 및 유지 보수는 물론 값비싼 수리가 필요하지 않습니다.
• 태양 에너지 기반 배터리를 사용하면 집안의 전기 및 가스 비용을 줄일 수 있습니다.
• 태양 전지판은 매우 사용하기 쉽습니다.

그러나 단점도 없었고 가장 중요한 것은 다음과 같습니다.

• 높은 무대 패널;
• 배터리에서 받은 에너지와 기존 소스에서 얻은 에너지를 효과적으로 동기화하기 위해 다양한 추가 장비를 설치할 필요가 있습니다.
• 패널은 고전력이 필요한 기기와 접촉하여 사용할 수 없습니다.

9. 양자점이 있는 태양전지의 특징

가까운 장래에 마지막으로 유망한 배터리 유형은 물리적 양자점의 특성을 기반으로 구축됩니다. 즉, 특정 물질에 미세한 반도체가 포함되어 있습니다. 기하학적으로 이 "점"은 크기가 몇 나노미터이며 전체 태양 스펙트럼(IR, 가시광선 및 UV)의 복사선 흡수를 덮기 위해 재료에 분포되어 있습니다.

이러한 패널의 큰 장점은 야간에도 작동하여 최대 주간 전력의 약 40%를 생성할 수 있다는 것입니다.

물리적 및 기술적 특성, 인증 및 라벨링

태양 전지판의 구성에 관계없이 각각은 다음과 같은 여러 가지 중요한 특성을 가지고 있습니다.

• 기계적 - 기하학적 매개변수, 총 중량, 프레임 유형, 보호 유리, 셀 수, 커넥터 유형 및 너비
• 전기 또는 볼트 암페어 - 전력, 개방 회로 전압, 최대 부하에서의 전류 강도, 패널 전체 및 특히 개별 셀의 효율;
• 온도 - 온도가 특정 단위(보통 - 1도)만큼 증가하면 효율성이 변경됩니다.
• 품질 – 서비스 수명, 셀 성능 저하율, Bloomberg 등급 목록의 존재 여부
• 기능의 - 필요 및 관리 용이성, 설치/해체 용이성.

산업용 태양 전지판은 재질에 관계없이 인증을 받아야 합니다. 최소 요구 사항은 품질 인증서 ISO, CE, TUV(국제) 및/또는 관세 동맹(해당 내에서 판매되는 경우)입니다.

국제 라벨링 규칙도 의무 사항입니다. 예를 들어, 약어 CHN-350M-72 다음 정보가 포함되어 있습니다.

• CHN - 제조업체의 식별자(이 경우 중국 ChinaLand)
• 350 - 와트 단위의 패널 전력;
• 중 - 단결정 실리콘의 명칭;
• 72 모듈에 있는 광전지의 수입니다.

집에서 자신의 손으로 태양 전지판을 만들 수 있는 것은 무엇입니까?

이를 위해서는 다음이 필요합니다.

미리 그려진 계획 및 계산.
특정 수의 조립식 태양 전지 - 예를 들어 Aliexpress 웹 사이트 또는 다른 온라인 상점에서 온라인으로 구매하는 것이 가장 저렴합니다.

모든 요소가 동일한 전기적 특성을 갖는다는 사실에 주의하십시오. 목재와 합판으로 만든 수제 프레임 - 조립 규칙은 인터넷의 수많은 비디오에서 볼 수 있습니다.

표면 보호 코팅용 플렉시 유리 또는 플렉시 유리.
목재 표면 처리용 페인트 및 내열성 접착제.
세포 연결을 위한 접촉 스트립 및 전선. 다양한 연결 방법의 다이어그램은 인터넷에서도 공부할 수 있습니다.
납땜 인두와 땜납. 납땜 작업은 미래의 제품을 망치지 않도록 매우 조심스럽게 수행되어야 합니다.
프레임에 조립식 배터리를 고정하기 위한 실리콘 접착제 및 셀프 태핑 나사.

소형 배터리는 약 $30-50의 투자가 필요한 반면, 동일한 용량의 공장 버전은 10-20%만 더 비쌉니다.

물론 그러한 집에서 만든 디자인은 25 년 동안 지속되지 않으며 본격적인 태양 광 발전소의 힘이 없으며 상당한 효율성을 자랑 할 수 없습니다. 그러나 비용은 가능한 한 최소화됩니다.

태양 전지 장치

태양 전지가 태양의 빛을 전류로 변환할 수 있으려면 다음 요소가 필요합니다.

1. 반도체 역할을 하는 광전지층. 전도성이 다른 두 층의 재료로 표시됩니다. 여기서 전자는 p(+) 영역에서 n(-) 영역으로 이동할 수 있습니다. 이것을 p-n 접합이라고 합니다.
2. 본질적으로 전자의 전이를 방해하는 두 개의 반도체 층 사이에 요소가 배치됩니다.
3. 힘의 원천. 전자의 이동을 방해하는 요소에 연결해야 합니다. 그것은 하전 된 전자의 움직임을 변형시킵니다. 전류를 생성합니다.축전지. 에너지를 축적하고 저장합니다.
4. 충전 컨트롤러. 주요 기능은 충전 수준에 따라 태양 전지를 연결 및 분리하는 것입니다. 보다 정교한 장치는 최대 전력 수준을 제어할 수 있습니다.
5. DC-AC 변환기(인버터);
6. 전압 안정기. 전력 서지로부터 태양 전지 시스템을 보호합니다.