Types et caractéristiques des batteries solaires. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
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La batterie solaire se compose d'éléments individuels connectés en série-parallèle (Fig. 1.3, 1.4).
Les éléments sont utilisés dans les appareils électroniques portables, pour les lampes miniatures (LED) et les chargeurs de téléphones portables.
Les photomultiplicateurs (PMT) sont le prototype des cellules solaires modernes.
Photomultiplicateurs
Les photomultiplicateurs à gain élevé et à grande vitesse sont largement utilisés dans les instruments dosimétriques utilisant des scintillateurs - des substances qui réagissent à une particule ionisante qui les pénètre avec un flash de lumière.
Fig1 3. Élément avec le nom EL44. Tension 1,6 V, courant 25 mA.
Fig.1.4. Élément RS5415.5. Tension 1,2 V, courant 22 mA
Les paramètres de certains photomultiplicateurs domestiques sont donnés dans le tableau 1.3.
Tableau 1.3. Photomultiplicateurs
Le processus de conversion de l'énergie lumineuse (photons) en électricité (tension) est appelé l'effet PV. Il a été découvert en 1954 lorsque des scientifiques ont découvert que le silicium 4to (cet élément est à la base du sable ordinaire) crée de l'énergie électrique lorsqu'il est éclairé par la lumière du soleil. Bientôt, les cellules solaires ont été utilisées pour alimenter l'électronique des satellites spatiaux et de petits appareils électroniques tels que les calculatrices et les montres.
Lorsqu'une batterie est connectée à un panneau solaire pour être chargée, il est généralement nécessaire d'inclure un contrôleur dans le circuit pour éviter toute surcharge. Ce circuit utilise une méthode de connexion parallèle. Avec cette méthode, le panneau solaire est toujours connecté à la batterie via une diode en série. Lorsque le panneau solaire charge la batterie à la tension maximale souhaitée, le circuit connecte une résistance de charge en parallèle avec le panneau solaire pour absorber l'excès de puissance du panneau solaire.
La fonction de la puissance utile fournie par la batterie solaire à la charge dépend de la tension générée, qui à son tour dépend de l'insolation - c'est-à-dire de l'intensité de la lumière solaire - et de la température de la batterie elle-même. Le fonctionnement sur la courbe courant/tension n'importe où ailleurs que le point de puissance maximale pouvant être tirée entraîne une réduction de l'efficacité de fonctionnement et une perte d'énergie disponible. Par conséquent, le contrôle du point de puissance maximale est une caractéristique nécessaire dans les systèmes avancés de contrôle de la source d'énergie solaire, car il peut augmenter l'efficacité pratique souvent de 30 % ou plus.
Les systèmes alimentés par des sources renouvelables, comme les panneaux solaires ou les éoliennes, stockent généralement l'énergie dans des batteries, puis la restituent à la charge. Souvent, ces deux processus se produisent indépendamment. Le calcul périodique de la charge restante de la batterie garantit une bonne et longue durée de vie de la batterie, il en va de même pour le contrôle du courant fourni par la batterie à la charge. La charge actuelle de la batterie est calculée en fonction de sa charge précédemment calculée, plus l'énergie reçue lors de la charge ou moins l'énergie donnée à la charge.
convertisseur photovoltaïque
Les FEP sont utilisés dans des conditions de bon éclairement.
Il existe plusieurs types de cellules solaires au silicium ; le type le plus efficace (PVC) est constitué de silicium monocristallin. L'efficacité d'un tel (PVC) atteint 24%.
Les PVC courants à base de monocristaux ont une efficacité allant jusqu'à 17,5 %. La durée de vie est pratiquement illimitée, en plus d'un léger assombrissement du polymère technologique, qui est également un scellant pour plaques photographiques; Sur cette base, la durée de vie peut atteindre un quart de siècle.
L'époque où les panneaux solaires étaient très encombrants, fragiles et délicats s'efface peu à peu et les fabricants proposent de plus en plus de versions extrêmes de ces sources d'énergie écologiques.
Les cellules solaires en silicium polycristallin ont une efficacité maximale allant jusqu'à 15%, la durée de vie est proche de la durée de vie du silicium monocristallin. Le coût du silicium polycristallin est légèrement inférieur à celui du monocristallin.
Il existe de nombreux appareils électroniques basés sur des cellules photoélectriques. De plus, les photocellules miniatures, telles que celles illustrées à la Fig. 1.3 et 1.4 ont une faible puissance et, par conséquent, un faible coût. Cependant, dans les développements radioamateurs, il convient d'utiliser ces photocellules peu coûteuses et même d'en faire de petits panneaux solaires. Comme exemple, considérons le dispositif d'une lampe de poche avec un élément "solaire".
À propos des modules solaires
Les modules de batterie solaire sont structurellement mis en œuvre sous la forme d'un stratifié monolithique d'éléments monocristallins soudés.
La batterie solaire à cadre est réalisée sous la forme d'un panneau enfermé dans un cadre en profilé d'aluminium. Le panneau est un générateur photovoltaïque composé d'une plaque de verre avec des éléments stratifiés dessus.
Un bloc de diodes est fixé à l'intérieur du boîtier du module, sous le couvercle duquel se trouvent des contacts électriques destinés à connecter le module.
Les modules sans cadre sont un stratifié sur aluminium, fibre de verre et également sans aucun substrat. Les cellules solaires sont prises en sandwich entre deux couches de film de stratification EVA (Ethyl Vinyl Acetate). La face avant est protégée par un film PET (polyéthylène téréphtalate) optiquement transparent, et la face arrière est protégée soit par un substrat (fibre de verre, aluminium) soit par le même film PET sans exigences supplémentaires de caractéristiques optiques.
Les panneaux solaires continuent de fonctionner :
- dans la plage de température de -50°C à +75°C;
- pression atmosphérique 84-106,7 kPa ;
- humidité relative jusqu'à 100%;
- pluie d'une intensité de 5 mm/min ;
- charge de neige ou de vent de glace jusqu'à 2000 Pa.
La batterie solaire est avant tout un convertisseur photovoltaïque complet, dont il a été question plus haut, ses caractéristiques techniques sont valables aussi bien pour les cellules individuelles que pour les batteries solaires.
Auteur : Kashkarov A.P.
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Pour inventer quelque chose de vraiment nouveau dans une technologie qui existe depuis des années, il faut souvent la regarder du côté opposé. Très probablement, pour cela, vous devrez même tout retourner ou le retourner. Ainsi, les moteurs à combustion interne ont supplanté les moteurs à combustion externe, bien que les ingénieurs de l'avant-dernier siècle aient prédit la future domination des moteurs à vapeur.
Désormais, les machines à vapeur ne sont restées que dans les histoires fantastiques du genre steampunk. Certes, les moteurs à essence ont déjà toutes les chances de rester seuls dans les pages de l'histoire, laissant la place aux électriques. Il existe de nombreux exemples de ce type, prenez les mêmes souris d'ordinateur qui ont évolué des souris à boule avec une queue de câble aux souris laser et sans fil. Maintenant, une transformation aussi radicale peut affecter la technologie d'impression 3D, qui est récemment devenue largement disponible.
Il existe plusieurs technologies d'impression XNUMXD différentes, dont l'essence est la création couche par couche d'un objet de la forme souhaitée. L'une des méthodes les plus utilisées est la stéréolithographie laser. Comment ça marche? Le produit est créé à partir d'un photopolymère liquide - une substance spéciale qui durcit sous l'action d'un laser ultraviolet. Le faisceau laser parcourt le contour de la pièce, les zones éclairées par celui-ci deviennent solides et les zones non exposées restent liquides. Le produit en cours de création est immergé couche par couche dans un bain de polymère liquide. Lorsque le processus est terminé, la pièce finie est retirée du bain, le polymère n'ayant pas réagi est retiré et le traitement final est effectué. La technologie est bien développée et utilisée partout dans le monde. Mais elle a un inconvénient - la vitesse, qui ne dépasse pas quelques millimètres par heure. Après tout, vous voulez toujours obtenir le résultat final le plus rapidement possible, et ne pas attendre une demi-journée ou plus, lorsqu'il sera enfin imprimé là-bas.
Qu'y a-t-il de si lent dans l'impression 3D ? Il s'est avéré que l'étape la plus lente de tout le processus est le durcissement du polymère. Et le point ici n'est pas dans le laser ou le polymère lui-même, mais dans l'oxygène de l'air. Les molécules de ce gaz se dissolvent dans la couche supérieure du polymère liquide et ralentissent son durcissement. Le rayonnement laser crée des molécules actives qui commencent à lier les molécules du matériau polymère les unes aux autres afin qu'il devienne solide. L'oxygène, en revanche, interfère activement avec ce processus, à la suite de quoi le polymère durcit beaucoup plus longtemps qu'il ne le pourrait.
Bien sûr, vous pouvez mettre une imprimante 3D dans une chambre scellée, qui contiendra, par exemple, de l'azote au lieu de l'oxygène, mais cela ruinera complètement l'un des principaux avantages de l'impression XNUMXD - la facilité d'utilisation. Cependant, des chimistes, en collaboration avec des ingénieurs, ont trouvé un moyen de diriger l'activité "nocive" des molécules d'oxygène dans un canal utile pour la technologie, et ont pu multiplier par cent la vitesse d'impression. Pour cela, il fallait juste tout chambouler.
Comment empêcher l'oxygène d'atteindre les molécules de polymères actifs ? Puisque l'option avec une chambre scellée disparaît au tout début, il en reste une autre : et si l'impression n'était pas effectuée à la surface d'un bain de photopolymère liquide, mais à une profondeur où aucune molécule d'oxygène ne peut atteindre depuis la surface ? Par exemple, faites une baignoire avec un fond transparent et faites briller avec un laser non pas d'en haut, mais d'en bas. Ensuite, il serait possible d'imprimer la pièce en la retirant progressivement de sous la couche de polymère liquide. L'option est bonne, sauf pour une chose - le polymère commencera à durcir juste au point de contact avec le fond transparent, et la pièce en cours de création collera simplement au bain. C'est là que réside tout le savoir-faire de l'invention. Le développeur a réussi à s'assurer que la pièce fabriquée ne "brûle" pas à la surface du bain. Et les a aidés à cela, curieusement, le même "mauvais" oxygène.
Le fond du bain de polymère liquide était constitué d'un matériau spécial en téflon, à travers lequel les molécules d'oxygène peuvent pénétrer presque librement, mais en même temps, il est transparent au rayonnement laser ultraviolet. Ce qui se produit? Les molécules d'oxygène pénètrent dans une telle membrane et se dissolvent dans la couche liquide proche du fond. Un faisceau laser brillant à travers la membrane active les molécules de photopolymère et elles commencent à se lier les unes aux autres, mais une fine couche saturée d'oxygène les empêche de coller au fond. L'épaisseur d'un tel revêtement "antiadhésif" n'est que de quelques dizaines de micromètres - à peu près la même qu'un cheveu humain. En équilibrant la perméabilité de la membrane, les propriétés du photopolymère et la puissance du laser, l'ensemble du processus d'impression 3D peut être rendu remarquablement rapide.
Dans leurs expériences, les développeurs de la technologie ont atteint une vitesse de 500 millimètres par heure, ce qui est cent fois plus rapide que la vitesse d'impression utilisant la stéréolithographie laser conventionnelle. Et le produit imprimé sort de façon spectaculaire d'un bain rempli de polymère liquide.
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