Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo sạch và sẵn có nhất. Công nghệ hiện đại có thể khai thác năng lượng này cho nhiều mục đích sử dụng, bao gồm sản xuất điện, cung cấp ánh sáng và nước nóng cho các ứng dụng gia đình, thương mại hoặc công nghiệp.
Năng lượng mặt trời cũng có thể được sử dụng để đáp ứng các yêu cầu về điện của chúng tôi. Thông qua các tế bào quang điện mặt trời (SPV), bức xạ mặt trời được chuyển đổi trực tiếp thành điện một chiều. Điện này có thể được sử dụng nguyên trạng hoặc có thể được lưu trữ trong pin. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét tất cả về năng lượng mặt trời. Hãy xem từng bước:
Tế bào quang điện mặt trời (SPV):
Quang điện mặt trời hay pin mặt trời là thiết bị biến đổi ánh sáng thành dòng điện bằng hiệu ứng quang điện. SPV được sử dụng trong nhiều ứng dụng như tín hiệu đường sắt, chiếu sáng đường phố, chiếu sáng trong nước và cấp nguồn cho các hệ thống viễn thông từ xa.
Nó có một lớp silicon loại p được đặt tiếp xúc với một lớp silicon loại n và sự khuếch tán của các electron xảy ra từ vật liệu loại n sang vật liệu loại p. Trong vật liệu loại p, có các lỗ trống để nhận các electron. Vật liệu loại n rất giàu electron, do đó, do ảnh hưởng của năng lượng mặt trời, các electron di chuyển từ vật liệu loại n và trong tiếp giáp p-n, kết hợp với các lỗ trống. Điều này tạo ra điện tích ở hai bên của điểm nối p-n để tạo ra điện trường . Kết quả là, một hệ thống giống như diode phát triển để thúc đẩy dòng điện tích. Đây là dòng trôi cân bằng sự khuếch tán của các electron và lỗ trống. Khu vực xuất hiện dòng điện trôi là vùng cạn kiệt hoặc vùng phí không gian thiếu các sóng mang điện tích di động.
Vì vậy, trong bóng tối, pin mặt trời hoạt động giống như một diode phân cực ngược. Khi ánh sáng chiếu vào nó, giống như điốt, pin mặt trời sẽ phân cực thuận và dòng điện chạy theo một hướng từ cực dương sang cực âm giống như điốt. Thông thường, điện áp mạch hở (không kết nối pin) của bảng điều khiển năng lượng mặt trời cao hơn điện áp định mức của nó. Ví dụ, một bảng điều khiển 12 volt cho khoảng 20 volt trong ánh sáng mặt trời. Nhưng khi pin được kết nối với nó, điện áp giảm xuống 14-15 volt. Tế bào quang điện mặt trời (SPV) được làm bằng vật liệu đặc biệt gọi là chất bán dẫn, ví dụ như silicon, hiện được sử dụng phổ biến nhất. Về cơ bản, khi ánh sáng chiếu vào tế bào, một phần nhất định của nó sẽ bị hấp thụ trong vật liệu bán dẫn. Điều này có nghĩa là năng lượng của ánh sáng bị hấp thụ sẽ được chuyển đến chất bán dẫn.
Các pin mặt trời PV cũng có một hoặc nhiều điện trường hoạt động để buộc các electron giải phóng do hấp thụ ánh sáng chuyển động theo một hướng nhất định. Dòng electron này là một dòng điện và bằng cách đặt các điểm tiếp xúc kim loại lên trên và dưới của tế bào SPV, chúng ta có thể rút dòng điện đó ra để sử dụng từ xa. Điện áp tế bào xác định năng lượng mà pin mặt trời có thể sản xuất. Quá trình biến đổi ánh sáng thành điện năng được gọi là hiệu ứng quang điện mặt trời (SPV). Một loạt các tấm pin mặt trời chuyển đổi quang năng thành điện một chiều. Sau đó, điện một chiều đi vào một biến tần. Bộ biến tần biến điện một chiều thành điện xoay chiều 120 vôn cần thiết cho các thiết bị gia dụng.
Bảng điều khiển năng lượng mặt trời:
Một tấm pin mặt trời là một tập hợp các tế bào năng lượng mặt trời. Tấm pin mặt trời chuyển đổi quang năng thành năng lượng điện. Bảng điều khiển năng lượng mặt trời sử dụng vật liệu Ohmic cho các kết nối cũng như các thiết bị đầu cuối bên ngoài. Vì vậy các êlectron được tạo ra trong vật liệu loại n đi qua điện cực đến dây nối với pin. Qua pin, các electron đến được vật liệu loại p. Tại đây các điện tử kết hợp với các lỗ trống. Vì vậy, khi bảng điều khiển năng lượng mặt trời được kết nối với pin, nó hoạt động giống như một pin khác và cả hai hệ thống đều mắc nối tiếp giống như hai pin được kết nối nối tiếp.
Đầu ra của bảng điều khiển năng lượng mặt trời là công suất của nó được đo bằng Watts hoặc Kilo watt. Bảng điều khiển năng lượng mặt trời với các xếp hạng đầu ra khác nhau có sẵn như 5 watt, 10 watt, 20 watt, 100 watt, vv Vì vậy, trước khi chọn bảng điều khiển năng lượng mặt trời, cần phải tìm hiểu công suất yêu cầu cho tải. Watt giờ hoặc Kilowatt giờ được sử dụng để tính toán yêu cầu điện năng. Theo quy tắc chung, công suất trung bình bằng 20% công suất đỉnh. Do đó, mỗi kilo watt đỉnh của mảng năng lượng mặt trời cho công suất đầu ra tương ứng với sản lượng năng lượng 4,8kWh / ngày. Đó là 24 giờ x 1 kW x 20%.
Hiệu suất của bảng điều khiển năng lượng mặt trời phụ thuộc vào một số yếu tố như khí hậu, điều kiện của bầu trời, hướng của bảng điều khiển, cường độ và thời gian của ánh sáng mặt trời và các kết nối dây của nó. Nếu ánh sáng mặt trời là bình thường, bảng điều khiển 12 volt 15 watt cho dòng điện khoảng 1 ampe. Nếu được bảo dưỡng đúng cách, một tấm pin mặt trời sẽ có tuổi thọ khoảng 25 năm. Cần thiết kế bố trí tấm pin mặt trời trên nóc mái. Thông thường nó được bố trí quay mặt về hướng đông một góc 45 độ. Sắp xếp theo dõi năng lượng mặt trời cũng được sử dụng để xoay bảng điều khiển khi mặt trời di chuyển từ đông sang tây. Kết nối dây điện cũng rất quan trọng. Dây chất lượng tốt với đủ thước đo để xử lý dòng điện sẽ đảm bảo sạc pin thích hợp. Nếu dây quá dài, dòng sạc có thể giảm. Vì vậy, theo quy luật, bảng điều khiển năng lượng mặt trời được bố trí ở độ cao 10-20 feet so với mặt đất. Nên làm sạch bảng điều khiển năng lượng mặt trời đúng cách mỗi tháng một lần. Điều này bao gồm làm sạch bề mặt để loại bỏ bụi và hơi ẩm và làm sạch và kết nối lại các thiết bị đầu cuối.
Bảng điều khiển năng lượng mặt trời hoàn toàn có bốn bước quy trình là quá tải, sạc đầy, pin yếu và điều kiện xả sâu, hãy cùng tìm hiểu tất cả.
Từ mạch dưới đây, chúng tôi đã sử dụng một tấm pin mặt trời là nguồn hiện tại được sử dụng để sạc pin B1 qua D10. Trong khi pin được sạc đầy Q1 dẫn từ đầu ra của bộ so sánh. Điều này dẫn đến Q2 dẫn và chuyển hướng nguồn năng lượng mặt trời qua D11 và Q2 sao cho pin không bị sạc quá mức. Trong khi pin được sạc đầy, điện áp tại điểm catốt của D10 tăng lên. Dòng điện từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời được bỏ qua qua D11 và bộ thoát và nguồn MOSFET. Trong khi tải được sử dụng bởi hoạt động của công tắc thì Q2 thường cung cấp một đường dẫn tới cực âm trong khi cực dương được kết nối với điện một chiều thông qua công tắc trong trường hợp quá tải. Hoạt động chính xác của tải trong điều kiện bình thường được chỉ ra trong khi MOSFET Q2 tiến hành.
Ứng dụng của năng lượng mặt trời:
Từ mạch bên dưới, để điều khiển cường độ, đèn LED có thể được cấp nguồn với chu kỳ nhiệm vụ khác nhau từ nguồn một chiều. Khái niệm điều khiển cường độ giúp tiết kiệm năng lượng điện. Đèn LED được sử dụng kết hợp với các bóng bán dẫn dẫn động phù hợp từ bộ vi điều khiển được lập trình phù hợp cho một ứng dụng thực tế.
Để chứng minh điều tương tự từ nguồn một chiều 12v, 4 đèn LED mắc nối tiếp tạo ra một chuỗi có 8 * 3 = 24 chuỗi được mắc nối tiếp với một MOSFET hoạt động như một công tắc. MOSFET có thể là IRF520 hoặc Z44. Mỗi đèn LED là một đèn LED trắng và hoạt động ở 2,5v. Do đó, 4 đèn LED trong loạt cần 10v. Do đó, một điện trở được kết nối với 10ohms, 10watt nối tiếp với đèn LED nơi điện áp cân bằng giảm xuống từ 12v bằng cách giới hạn dòng điện để đèn LED hoạt động an toàn.
Ví dụ: đèn LED được sử dụng cho mục đích đèn đường được BẬT vào lúc hoàng hôn với cường độ tối đa cho đến 11 giờ đêm với chu kỳ hợp lệ 99% cho chu kỳ làm việc của đèn LED, tức là 1% chu kỳ làm việc từ bộ điều khiển. Với mỗi giờ tiến lên từ 11 giờ tối, chu kỳ làm việc của đèn LED giảm dần từ 99% để đến buổi sáng, chu kỳ làm việc theo thời gian BẬT đạt đến 10% từ 99% và cuối cùng là 0 nghĩa là đèn TẮT từ buổi sáng tức là từ bình minh đến chạng vạng. Hoạt động lặp lại một lần nữa từ lúc chạng vạng với cường độ tối đa cho đến 11 giờ tối từ 6 giờ tối và đến 12 giờ đêm là chu kỳ nhiệm vụ 80%, 1'o đồng hồ 70%, 2'o đồng hồ 60%, 3'o đồng hồ 50%, 4'o đồng hồ 40% và tiếp tục cho đến 10% và cuối cùng TẮT vào lúc bình minh.
Cường độ LED thay đổi theo điều chế độ rộng xung như hình bên dưới.
