Солнечные батареи

  
КУРСОВАЯ РАБОТА  
на тему  
Перспективы использования солнечных батарей  

 

Выполнил: студент группы 6812

 Леонтьев  В. А.

Научный руководитель:

 

Казанский (Приволжский) государственный университет

Институт  физики

Отделение научно-педагогического образования

Цели  и задачи:

 

Целью работы является:

Исследование  методов и средств изучения полупроводниковых (кремниевых) солнечных батарей малой  мощности с учетом  воздействия  природных и аппаратных факторов,

Задачи:

-Ознакомиться  с видами солнечных элементов, устройством и принципом работы солнечных элементов и солнечных батарей.

-Рассмотреть  перспективы и примеры применения солнечных батарей.

-Показать полезность и целесообразность моделирования солнечных батарей для повышения эффективности их применения.

 

Цели  и задачи:

 

-Изучить зависимость вырабатываемой мощности от погодных условий.

-Изучить алгоритм моделирования солнечных батарей из различных полупроводниковых материалов.

-Изучение моделирования вольтамперной (ВАХ) и вольтваттной (ВВХ) характеристик солнечных батарей при действии различных внешних условий.

-Определение  минимального времени зарядки и необходимой емкости аккумуляторной батареи.

Актуальность

 

 В настоящее время тема развития альтернативных способов получения энергии как нельзя более актуальна. Традиционные источники стремительно иссякают и уже через каких-нибудь пятьдесят лет могут быть исчерпаны. И уже сейчас энергетические ресурсы довольно дороги и в значительной мере влияют на экономику многих государств.

Всё это  заставляет жителей нашей планеты  искать новые способы получения  энергии. И одним из наиболее перспективных  направлений является получение  солнечной энергии.

Способы получения электричества и тепла  из солнечного излучения.

 

• Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.
• Преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин:
• паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;
• двигатель Стирлинга и т. д.
• гелиотермальная энергетика — Нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах).
• Термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор).
• Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием). Преимущество — запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

 

Фотоэлемент

 

Фотоэлемент —  электронный прибор, который преобразует  энергию фотонов в электрическую  энергию.

Конструкция солнечного элемента  

 

Простейшая конструкция солнеч-

ного элемента это СЭ на основе

монокристаллического  кремния.

 На малой глубине от по-

верхности кремниевой пластины

 p-типа сформирован p-n-переход с тонким металлическим контактом. На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт.

 

Физический  смысл работы солнечного элемента.

 

Когда СЭ освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные  электроно-дырочные пары. Электроны, генерируемые в p-слое вблизи p-n-перехода, подходят к p-n-переходу и существующим в нем электрическим полем выносятся в n-область. Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в p-слой (а). В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой – положительный.

Снижается первоначальная

 контактная разность потен

циалов между p- и n-слоями

 полупроводника, и во внеш-

ней цепи появляется напря-

жение (б). Отрицательному

 полюсу источника тока соот-

ветствует n-слой, а p-слой –

 положительному.

 

Устройство  и схема солнечного генератора

Виды  солнечных элементов.

 

Фотоэлементы  делятся на 3 поколения:

1. Фотоэлементы  первого поколения – на основе пластин кристаллического кремния.

2. Фотоэлементы  второго поколения – на основе тонких пленок полупроводников.

3. Фотоэлементы  третьего поколения – это устройства, обеспечивающие высокий коэффициент фотопреобразования при небольшом расходе материалов.

 

Схема автономной солнечной батареи.

Характеристика  параметров солнечных батарей.

 

Электрические параметры  солнечных батарей, как и единичных  модулей,  отражаются в вольтамперной  характеристике.

Элементы  солнечных батарей.

 

Регуляторы отбора мощности батареи реализуют поиска максимума мощности путем коротких периодических изменений положения рабочей точки.

Аккумуляторы  в системе солнечной батареи  используются для хранения выработанную солнечной батареей энергию.

Регуляторы зарядки  и разрядки аккумуляторов используются чтобы предохранить батарею от избыточной разрядки и перезарядки.

Инверторы используются для преобразования постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный синусоидальной формы.

 

 

 

 

Плюсы:

-Нет вреда для окружающей среды

-энергия солнца абсолютно бесплатна и нескончаема

-огромный срок службы

-занимают относительно небольшую площадь

Минусы:

-дорогая конструкция.

-необходимо хранить энергию.

 

Перспективы использования солнечных батарей.

 

Алгоритм  построения модели СБ.

Модели  расчетов мощности солнечных батарей.

 

Все способы  расчета вырабатываемой мощности СБ выполняются по следующим моделям:

• модель КПД-вырабатываемая мощность считается путем умножения КПД СБ на мощность солнечного излучения.
• модель поправочных коэффициентов- вводятся ряд поправочных коэффициентов для учета влияния ряда внешних факторов на КПД СБ.
• модель физическая- расчет мощности солнечных батарей проводится на основе решения уравнений  переноса  для р-n перехода полупроводникового материала с учетом разогрева солнечных батарей.
• модель  статистическая- рассматривается связь между разными факторами.

Анализ  работы солнечных батарей в зависимости  от внешних факторов.

 

Выходные характеристики под действием радиационного облучения 110¹⁴, 310¹⁴, 110¹⁶ МэВ электрон/см².

 

Зависимости параметров солнечной батареи от рабочей температуры.

  
Рисунок 10 – ВАХ и ВВХ модуля Suntech170W под действием различных уровней освещенности.

Зависимость выходных характеристик от последовательно  соединенных сопротивление R_s .

Зависимости потоков электронов, дырок и суммарного потока от длины волны для АМ1.5.

 

 1 – при реально измеренном спектре, 2- при аппроксимации.

Выводы:

 

В курсовой работе рассмотрены кристаллические, тонкопленочные полупроводниковые, органические материалы, из которых изготавливают солнечные  элементы; устройство и физический принцип работы фотоэлементов и  солнечных батарей. Приведены и  проанализированы факторы, влияющие на эффективность и выходные характеристики солнечных батарей: интенсивность  солнечного излучения и его спектральный состав, рабочая температура, ионизирующее излучение космического пространства, скорость ветра, влажность и давление воздуха, конструктивные особенности  солнечных батарей. Представлены модели, применяемые для имитирования солнечных  батарей, рассмотрены их достоинства  и недостатки. Исследовано методы и средства изучения полупроводниковых (кремниевых) солнечных батарей малой  мощности с учетом  воздействия  природных и аппаратных факторов. Показано полезность и целесообразность моделирования солнечных батарей  для повышения эффективности  их применения. Изучено алгоритм моделирования  солнечных батарей из различных  полупроводниковых материалов. Определено минимальное временя зарядки  и необходимой емкости аккумуляторной батареи.

 

Конец  
Спасибо за внимание!!!