цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Советы по работе с фотогальваническими элементами для солнечных батарей

Советы по работе с фотогальваническими элементами для солнечных батарей

Автор: Mike(admin) от 2-06-2018, 10:25

Введение в теорию работы солнечных фотоэлементов


Удивительное обилие жизни, имеющейся на Земле, требует соответствующего изобилия энергии. В этом нет ничего нового, но в современном мире ситуация немного отличается от того, что люди (в отличие от растений, и животных, которые едят растения, и животных, которые едят животных, которые едят растения) не удовлетворяются энергией в форме солнечной радиации. Мы хотим электричества, и как можно больше.


Советы по работе с фотогальваническими элементами для солнечных батарей

Поэтому неудивительно, что идея генерировать электричество непосредственно из солнечного света настолько привлекательна. Было бы здорово, если бы мы могли подпитывать нашу современную жизнь, используя только первичный источник энергии Земли.


К счастью, включение небольшого электронного устройства намного проще, чем питание всего мира, особенно когда устройство включает в себя малоточные, энергосберегающие технологии проектирования, которые обычно связаны с продлением срока службы батареи, а не с обеспечением большей совместимости с солнечной энергией. Но прежде чем мы начнем проектирование печатных плат для солнечных батарей, мы должны попытаться понять: 1) чем именно солнечный фотоэлемент является в контексте схемы и 2) как солнечный элемент взаимодействует с компонентами нагрузки.


Эквивалентная схема солнечного фотоэлемента


Если вы хотите тщательно проанализировать поведение схемы, которая включает солнечную (фотогальваническую) ячейку, вам нужно использовать эквивалентную схему – вы должны заменить ячейку группой основных компонентов, которые демонстрируют подобное электрическое поведение. Ниже представлена эквивалентная схема для солнечного фотоэлемента.


Эквивалентная схема солнечного фотоэлемента

Идея здесь состоит в том, что солнечный элемент генерирует внутренний ток, соответствующий интенсивности света. Однако не весь этот ток доступен для нагрузки, поскольку некоторые из электронов проходят через параллельный диод (вспомните, что фотовольтаическое преобразование реализуется с использованием pn-перехода), а некоторые протекают через параллельное сопротивление (Rp).


Когда сопротивление нагрузки отсутствует, напряжение, доступное на клеммах солнечного элемента, определяется взаимодействием источника тока с параллельным диодом и параллельным сопротивлением. Это называется «напряжением разомкнутой цепи». Если ячейка подает ток нагрузки, напряжение на клеммах будет ниже напряжения разомкнутого контура, потому что некоторое напряжение падает на последовательном сопротивлении (Rs).


Источник напряжения или источник тока?


Возможно, вы привыкли думать о солнечной батарее, подобной обычной батарее, за исключением того, что напряжение «батареи» меняется в зависимости от интенсивности света. Однако эквивалентная схема делает фотогальваническую ячейку похожим на источник тока, а не источник напряжения. Это может быть довольно неудобным, поскольку мы все привыкли к питанию цепей с использованием источников напряжения, а не источников тока.


Солнечный элемент на самом деле не является источником напряжения или источником тока, как мы обычно думаем о них, но он может подключать схему в типичном стиле источника напряжения. Дополнительные компоненты в эквивалентной схеме указывают на то, что внутренний источник тока не находится в прямом взаимодействии с компонентами нагрузки. Кроме того, ячейка всегда будет генерировать напряжение (даже если ничего не подключено к клеммам), поскольку внутренний ток протекает через внутренний диод и сопротивление Rp.


Однако, если вы решите думать о солнечной батарее как о простой батарее, имейте в виду, что это довольно посредственная батарея. Прежде всего, напряжение очень непредсказуемо. В качестве примера рассмотрим этот график напряжения разомкнутой цепи по отношению к освещенности.


график напряжения разомкнутой цепи по отношению к освещенности

Освещенность в помещении может составлять 10 или 20 Вт/м2, а прямой солнечный свет на открытом воздухе может дать вам 900 Вт/м2. Поэтому, если вы перенесете устройство из гаража на улицу, напряжение питания вашей схемы может перескочить с 3,5 В до 4,6 В.


Вторая проблема заключается в том, что сопротивление внутренних последовательно соединенных резисторов велико. Другими словами, способность ячейки обеспечивать ток очень ограничена. Ячейка IXYS максимизируется на уровне 4,4 мА – не идеальна для привода двигателей или массива светодиодов, но этого более чем достаточно для работы микроконтроллера на низкой частоте.


Пиковая мощность солнечного фотоэлемента


Производители могут контролировать характеристики тока и напряжения, изменяя физическую конфигурацию устройства, но не так просто увеличить мощность, что является истинным представлением того, что вы можете выполнить с помощью солнечной батареи.


Посмотрев на вольт-амперную характеристику ячейки, вы можете определить желаемую энергетическую точку. Это точка, в которой ячейка работает с максимальной мощностью. Например:


Пиковая мощность солнечного фотоэлемента

В этом примере красная кривая является мощностью, а синяя кривая показывает напряжение, обеспечиваемое ячейкой при заданном токе нагрузки. Вы можете видеть, что максимальная мощность достигается, когда напряжение на клеммах ячейки составляет 3,4 В. На графике также показано, что работа при максимальном токе нагрузки не является хорошим способом извлечь максимальную мощность из солнечного света, падающего на солнечный элемент; в случае этого конкретного продукта область максимальной и близкой к максимальной мощности соответствует диапазону напряжений от 2,7 до 3,7 В или диапазону тока от 3,3 мА до 4,3 мА.


Заключение


Мы рассмотрели эквивалентную схему фотогальванической ячейки, и мы обсудили некоторые важные характеристики и параметры, имеющиеся у фотоэлектрических приборов. На эту тему можно сказать гораздо больше, но мы надеемся, что эта статья обеспечила хорошее введение в практические аспекты работы с солнечной энергией и электронными устройствами для ее преобразования.




© digitrode.ru


Теги: солнечная панель, фотоэлемент



   Благодарим Вас за интерес к информационному проекту digitrode.ru.
   Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
   Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий