ระบบพลังงานแสงอาทิตย์

พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สะอาดและมีอยู่มากที่สุด เทคโนโลยีสมัยใหม่สามารถควบคุมพลังงานนี้เพื่อการใช้งานที่หลากหลายรวมถึงการผลิตไฟฟ้าการให้แสงสว่างและน้ำร้อนสำหรับการใช้งานในประเทศเชิงพาณิชย์หรืออุตสาหกรรม

พลังงานแสงอาทิตย์ยังสามารถใช้เพื่อตอบสนองความต้องการไฟฟ้าของเรา ผ่านเซลล์แสงอาทิตย์โซลาร์เซลล์ (SPV) รังสีดวงอาทิตย์จะถูกแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสตรงโดยตรง ไฟฟ้านี้สามารถใช้ได้ตามที่เป็นอยู่หรือเก็บไว้ในแบตเตอรี่ก็ได้ ในบทความนี้เราจะมาดูข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับพลังงานแสงอาทิตย์ มาดูกันทีละขั้นตอน:

เซลล์แสงอาทิตย์โซลาร์เซลล์ (SPV):

โซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์หรือเซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่แปลงแสงเป็นกระแสไฟฟ้าโดยใช้เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก SPV ถูกนำไปใช้ในหลาย ๆ แอพพลิเคชั่นเช่นสัญญาณรถไฟไฟถนนไฟในบ้านและการเปิดระบบโทรคมนาคมระยะไกล

มีชั้นซิลิกอนชนิด p วางอยู่สัมผัสกับชั้นซิลิกอนชนิด n และการแพร่กระจายของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นจากวัสดุประเภท n ไปยังวัสดุประเภท p ในวัสดุประเภท p มีรูสำหรับรับอิเล็กตรอน วัสดุประเภท n นั้นอุดมไปด้วยอิเล็กตรอนดังนั้นโดยอิทธิพลของพลังงานแสงอาทิตย์อิเล็กตรอนจึงเคลื่อนที่จากวัสดุประเภท n และในจุดเชื่อมต่อ p-n ทำให้เกิดการรวมกับรู สิ่งนี้จะสร้างประจุที่ด้านใดด้านหนึ่งของทางแยก p-n เพื่อสร้างสนามไฟฟ้า . ด้วยเหตุนี้ไดโอดเช่นระบบจึงพัฒนาซึ่งส่งเสริมการไหลของประจุ นี่คือกระแสดริฟต์ที่ปรับสมดุลการแพร่กระจายของอิเล็กตรอนและโฮล พื้นที่ที่เกิดกระแสดริฟต์คือโซนพร่องหรือพื้นที่ประจุไฟฟ้าที่ไม่มีผู้ให้บริการชาร์จมือถือ

ดังนั้นในที่มืดเซลล์แสงอาทิตย์จะทำงานเหมือนไดโอดแบบย้อนกลับ เมื่อแสงตกกระทบเช่นไดโอดอคติไปข้างหน้าของเซลล์แสงอาทิตย์และกระแสจะไหลในทิศทางเดียวจากขั้วบวกไปยังแคโทดเช่นไดโอด โดยปกติแรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์เปิด (โดยไม่ต้องเชื่อมต่อแบตเตอรี่) จะสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ตัวอย่างเช่นแผง 12 โวลต์จะให้แสงสว่างประมาณ 20 โวลต์ในแสงแดด แต่เมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่แล้วแรงดันไฟฟ้าจะลดลงเหลือ 14-15 โวลต์ เซลล์แสงอาทิตย์โซลาร์เซลล์ (SPV) ทำจากวัสดุพิเศษที่เรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์เช่นซิลิกอนซึ่งปัจจุบันมีการใช้กันมากที่สุด โดยพื้นฐานแล้วเมื่อแสงกระทบกับเซลล์บางส่วนจะถูกดูดซับภายในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ นั่นหมายความว่าพลังงานของแสงที่ดูดซับจะถูกถ่ายโอนไปยังเซมิคอนดักเตอร์

เซลล์แสงอาทิตย์ทั้งหมดยังมีสนามไฟฟ้าอย่างน้อยหนึ่งสนามที่ทำหน้าที่บังคับให้อิเล็กตรอนที่ถูกปลดปล่อยโดยการดูดกลืนแสงให้ไหลไปในทิศทางที่แน่นอน การไหลของอิเล็กตรอนนี้เป็นกระแสและโดยการวางหน้าสัมผัสโลหะที่ด้านบนและด้านล่างของเซลล์ SPV เราสามารถดึงกระแสนั้นออกมาใช้จากระยะไกลได้ แรงดันไฟฟ้าของเซลล์เป็นตัวกำหนดพลังงานที่เซลล์แสงอาทิตย์สามารถผลิตได้ กระบวนการแปลงแสงเป็นไฟฟ้าเรียกว่าเอฟเฟกต์โซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์ (SPV) แผงโซลาร์เซลล์หลายแผงจะแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้ากระแสตรง จากนั้นไฟฟ้ากระแสตรงจะเข้าสู่อินเวอร์เตอร์ อินเวอร์เตอร์จะเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ 120 โวลต์ที่เครื่องใช้ภายในบ้านต้องการ

แผงเซลล์แสงอาทิตย์:

แผงโซลาร์เซลล์คือชุดเซลล์แสงอาทิตย์ แผงเซลล์แสงอาทิตย์แปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า แผงเซลล์แสงอาทิตย์ใช้วัสดุ Ohmic สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างกันเช่นเดียวกับขั้วภายนอก ดังนั้นอิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นในวัสดุประเภท n จะผ่านอิเล็กโทรดไปยังลวดที่เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ ผ่านแบตเตอรี่อิเล็กตรอนจะไปถึงวัสดุประเภท p ที่นี่อิเล็กตรอนรวมกับรู ดังนั้นเมื่อเชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์กับแบตเตอรี่มันจะทำงานเหมือนแบตเตอรี่อีกก้อนและทั้งสองระบบจะอยู่ในอนุกรมเหมือนกับแบตเตอรี่สองก้อนที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม

เอาต์พุตของแผงโซลาร์เซลล์คือกำลังไฟฟ้าซึ่งวัดเป็นวัตต์หรือกิโลวัตต์ แผงโซลาร์เซลล์ที่มีการจัดอันดับเอาต์พุตที่แตกต่างกันมีให้เลือกเช่น 5 วัตต์ 10 วัตต์ 20 วัตต์ 100 วัตต์เป็นต้นดังนั้นก่อนที่จะเลือกแผงโซลาร์เซลล์จำเป็นต้องค้นหาพลังงานที่ต้องใช้สำหรับโหลด วัตต์ชั่วโมงหรือกิโลวัตต์ชั่วโมงใช้สำหรับการคำนวณความต้องการพลังงานตามกฎทั่วไปพลังงานเฉลี่ยจะเท่ากับ 20% ของกำลังไฟฟ้าสูงสุด ดังนั้นแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีกิโลวัตต์สูงสุดแต่ละชุดจึงให้กำลังขับที่สอดคล้องกับการผลิตพลังงาน 4.8kWh / วัน นั่นคือ 24 ชั่วโมง x 1 กิโลวัตต์ x 20%

ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการเช่นสภาพอากาศสภาพของท้องฟ้าการวางแนวของแผงความเข้มและระยะเวลาของแสงแดดและการเชื่อมต่อสายไฟ หากแสงแดดเป็นปกติแผง 12 โวลต์ 15 วัตต์จะให้กระแสประมาณ 1 แอมแปร์ หากได้รับการบำรุงรักษาอย่างถูกต้องแผงโซลาร์เซลล์จะมีอายุประมาณ 25 ปี จำเป็นต้องออกแบบการจัดเรียงแผงโซลาร์เซลล์ที่ด้านบนหลังคา โดยปกติจะจัดให้หันหน้าไปทางทิศตะวันออกทำมุม 45 องศา นอกจากนี้ยังใช้การจัดเรียงติดตามแสงอาทิตย์ที่หมุนแผงขณะที่ดวงอาทิตย์เคลื่อนที่จากตะวันออกไปตะวันตก การเชื่อมต่อสายไฟก็สำคัญเช่นกัน สายไฟคุณภาพดีพร้อมเกจวัดกระแสไฟฟ้าที่เพียงพอจะช่วยให้ชาร์จแบตเตอรี่ได้อย่างเหมาะสม หากสายยาวเกินไปกระแสไฟในการชาร์จอาจลดลง ตามกฎแล้วแผงโซลาร์เซลล์จะมีความสูง 10-20 ฟุตจากระดับพื้นดิน แนะนำให้ทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์อย่างเหมาะสมเดือนละครั้ง ซึ่งรวมถึงการทำความสะอาดพื้นผิวเพื่อกำจัดฝุ่นและความชื้นและการทำความสะอาดและเชื่อมต่อขั้วต่ออีกครั้ง

แผงโซลาร์เซลล์มีการโอเวอร์โหลดขั้นตอนทั้งหมดสี่ขั้นตอนภายใต้การชาร์จแบตเตอรี่เหลือน้อยและสภาวะการคายประจุที่ลึก

จากวงจรด้านล่างเราใช้แผงโซลาร์เซลล์เป็นแหล่งกระแสที่ใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่ B1 ผ่าน D10 ในขณะที่แบตเตอรี่ได้รับการชาร์จเต็ม Q1 ดำเนินการจากเอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบ สิ่งนี้ส่งผลให้ Q2 ดำเนินการและเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ผ่าน D11 และ Q2 เพื่อให้แบตเตอรี่ชาร์จไม่เกิน ในขณะที่แบตเตอรี่ชาร์จเต็มแรงดันไฟฟ้าที่จุดแคโทดของ D10 จะเพิ่มขึ้น กระแสจากแผงโซลาร์เซลล์ถูกข้ามผ่าน D11 และท่อระบายน้ำและแหล่งจ่าย MOSFET ในขณะที่โหลดถูกใช้โดยการทำงานของสวิตช์ Q2 มักจะให้เส้นทางไปยังค่าลบในขณะที่ขั้วบวกเชื่อมต่อกับ dc ผ่านสวิตช์ในกรณีที่โหลดเกิน การทำงานที่ถูกต้องของโหลดในสภาวะปกติจะถูกระบุโดยในขณะที่ MOSFET Q2 ดำเนินการ

การใช้พลังงานแสงอาทิตย์:

จากวงจรด้านล่างสำหรับการควบคุมหลอด LED ความเข้มสามารถป้อนด้วยรอบการทำงานที่แตกต่างกันจากแหล่งจ่ายไฟกระแสตรง แนวคิดของการควบคุมความเข้มช่วยประหยัดพลังงานไฟฟ้า LED ใช้ร่วมกับทรานซิสเตอร์ขับเคลื่อนที่เหมาะสมจากไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ตั้งโปรแกรมไว้อย่างเหมาะสมสำหรับการใช้งานจริง

เพื่อแสดงให้เห็นถึงสิ่งเดียวกันจากแหล่งจ่ายไฟ 12v dc 4 LED ในซีรีส์ทำให้สตริงที่มี 8 * 3 = 24 สายเชื่อมต่อเป็นอนุกรมโดยมี MOSFET ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ MOSFET อาจเป็น IRF520 หรือ Z44 LED แต่ละดวงเป็น LED สีขาวและทำงานที่ 2.5v ดังนั้น LED 4 ดวงในซีรีส์จึงต้องการ 10v ดังนั้นจึงมีการเชื่อมต่อตัวต้านทาน 10 โอห์ม 10 วัตต์เป็นอนุกรมกับ LED ซึ่งแรงดันสมดุลจะลดลงจาก 12v โดย จำกัด กระแสเพื่อการทำงานที่ปลอดภัยของ LED

ตัวอย่างเช่นไฟ LED ที่ใช้สำหรับจุดประสงค์ของไฟถนนจะเปิดในตอนค่ำโดยมีความเข้มเต็มที่จนถึง 23.00 น. โดยมีรอบ 99% สำหรับไฟ LED เช่นรอบการทำงาน 1% จากคอนโทรลเลอร์ ในแต่ละชั่วโมงจะเริ่มตั้งแต่เวลา 23.00 น. รอบการทำงานของ LED จะลดลงจาก 99% อย่างต่อเนื่องดังนั้นในตอนเช้ารอบการทำงานของเวลา ON ถึง 10% จาก 99% และในที่สุดก็เป็นศูนย์หมายความว่าไฟจะดับตั้งแต่เช้าเช่นตั้งแต่เช้ามืด ถึงค่ำ การดำเนินการจะทำซ้ำอีกครั้งตั้งแต่ค่ำโดยมีความเข้มข้นเต็มที่จนถึง 23.00 น. ตั้งแต่ 18.00 น. และเวลาเที่ยงคืน 12 ชั่วโมงจะเป็นรอบการทำงาน 80%, 1 นาฬิกา 70%, 2 นาฬิกา 60%, นาฬิกา 3 นาฬิกา 50%, 4 นาฬิกา นาฬิกา 40% ไปเรื่อย ๆ จนถึง 10% และปิดในที่สุดตอนรุ่งสาง

ความเข้มของ LED เปลี่ยนไปตามการมอดูเลตความกว้างของพัลส์ดังแสดงในรูปด้านล่าง