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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Células e módulos solares. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa O método de geração de eletricidade a partir da luz solar é conhecido há muito tempo. O fenômeno do efeito fotoelétrico foi observado pela primeira vez por E. Becquerel em 1839. Mas esse fenômeno não foi notado até 1873, quando W. Smith descobriu um efeito semelhante ao irradiar uma placa de selênio com luz. Já no século XX. Foi inventada a célula solar de silício, que atingiu um alto grau de perfeição na década de 50. O projeto mais simples de uma célula solar baseada em silício monocristalino é mostrado na Fig. A uma profundidade rasa da superfície do wafer de silício da camada p, uma junção pn com um contato de metal fino é formada.
Um contato metálico contínuo é aplicado na parte traseira da placa. Quando uma célula solar é iluminada, os fótons absorvidos geram pares elétron-buraco fora de equilíbrio. Os elétrons gerados na camada p próximo à junção pn aproximam-se da junção pn e são transportados para a região n pelo campo elétrico. Da mesma forma, os buracos em excesso criados na camada n são parcialmente transferidos para a camada p. Como resultado, a camada n adquire uma carga negativa adicional e a camada p adquire uma carga positiva. A diferença de potencial de contato inicial entre as camadas p e n do semicondutor diminui e a tensão aparece no circuito externo. O pólo negativo da fonte corresponde à camada n, e o pólo positivo à camada p. Ao contrário de outras fontes de corrente, as características das células solares dependem da quantidade de luz incidente na superfície. Por exemplo, uma nuvem de entrada pode reduzir a produção de energia em mais de 50%. Além disso, as células solares possuem parâmetros variados, por isso precisam ser classificadas por corrente de saída. Ao carregar o elemento, você pode traçar um gráfico da potência de saída versus tensão (Fig. 2). A potência de pico corresponde a uma tensão de 0,47 V.
Assim, para comparar células solares entre si nas mesmas condições, é necessário carregá-las de forma que a tensão de saída seja de 0,47 V. As células selecionadas devem ser soldadas em série para obter uma tensão maior ou em paralelo para obter uma tensão maior. corrente mais alta. Uma conexão serial-paralela também pode ser usada. Um ponto importante é o regime de temperatura. Quando o elemento é aquecido um grau acima de 25°C, ele perde 0,002 V. Para comparação, a Fig. 3 mostra uma família de curvas características corrente-tensão para temperaturas de 25 e 60°C. Num dia ensolarado, os elementos aquecem até 60-70°C. Esta é a principal razão para a queda na eficiência das células solares (geralmente é de 10 a 16%). Um elemento medindo 100x100 mm pode, portanto, gerar 1...1,6 W.
Conectar células solares em cadeias paralelas e em série é chamado de módulo solar. Quando usado para carregar baterias com tensão nominal de 12 V, como regra, são necessárias 36 células solares, o que dá 16...17 V. Essa reserva é necessária em comparação com a tensão de uma carga completa da bateria (14,4 V). para compensar perdas no carregador. Todos os sistemas fotovoltaicos podem ser divididos em dois tipos: autônomos e conectados à rede elétrica (estes últimos fornecem energia elétrica excedente à rede). Um sistema autônomo consiste em um conjunto de módulos solares colocados em uma estrutura de suporte, uma bateria, um controlador de carga e descarga da bateria e cabos de conexão. Caso o consumidor necessite de tensão alternada, um conversor inversor CC para CA é adicionado a este kit. O cálculo do FES inclui: determinação da potência nominal dos módulos, seu número, diagrama de conexão, seleção do tipo e capacidade da bateria, potência do inversor e controlador de carga-descarga. O poder dos consumidores está indicado nas fichas técnicas dos produtos. A potência do inversor deve ser selecionada com base na potência total dos consumidores multiplicada por 1,25. Deve-se ter em mente que alguns consumidores no momento da inicialização consomem energia muitas vezes mais que a potência nominal (motores elétricos). A faixa nominal dos inversores é 150, 300, 500, 800, 1500, 2500, 5000 W. Para potências acima de 1 kW, a tensão da estação é escolhida para ser de pelo menos 48 V. Determinação da capacidade da bateria. A capacidade da bateria é selecionada a partir de uma faixa padrão de capacidades. E a capacidade calculada é obtida dividindo a potência total dos consumidores pelo produto da tensão da bateria e a profundidade de descarga da bateria. Por exemplo, se a potência total dos consumidores for 1000 W, incl. por dia, e a profundidade de descarga de uma bateria de 12 V é de 50%, então a capacidade calculada será 1000/(12x0,5) = 167 Ah. Este cálculo foi feito para a condição em que todos os dias estão ensolarados. Determinação da potência total e número de módulos solares. O valor médio da radiação solar para diferentes latitudes e diferentes meses do ano é dado em tabelas meteorológicas. Por exemplo, para uma latitude de 50°, o valor da radiação solar em Julho é de 180 kWh/m2 quando o local está orientado para sul num ângulo de 40° em relação ao horizonte. Isto significa que em média o sol brilha em julho durante 180 horas (6 horas por dia) com uma intensidade de 1000 W/m2. O módulo com potência Pw irá gerar a seguinte quantidade de energia durante o período selecionado: W = k Pw E/1000, onde E é o valor de insolação para o período selecionado; k é um coeficiente igual a 0,5 no verão e 0,7 no inverno (leva em consideração a correção para aquecimento dos elementos ao sol). Por exemplo, com uma potência de módulo de 1000 W e E = 180 kWh/m2 em julho, gerará 90 kWh de eletricidade. Com base nesses dados, é possível calcular a potência total dos módulos e, dividindo pela potência de um módulo, calcular a quantidade de módulos.
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