СБОРКА  И  РЕКОМЕНДАЦИИ  ПО  ЭКСПЛУАТАЦИИ  СОЛНЕЧНОЙ  БАТАРЕИ,  СОБРАННОЙ  СВОИМИ  РУКАМИ

Курсай  Дмитрий  Евгеньевич

студент,  Инженерно-технологическая  академия  Южного  федерального  университета,  РФ,  г.  Таганрог

E-mail : 

Осипов  Никита  Александрович

студент,  Инженерно-технологическая  академия  Южного  федерального  университета,  РФ,  г.  Таганрог

E-mail :  trey3282@mail.ru

Какурин  Юрий  Борисович

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  физики,  Инженерно-технологическая  академия  Южного  федерального  университета,  РФ,  г.  Таганрог

E-mail :  y_kakurin@mail.ru

Какурина  Наталья  Андреевна

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  физики,  Инженерно-технологическая  академия  Южного  федерального  университета,  РФ,  г.  Таганрог

E-mail: 

ASSEMBLAGE  AND  RECOMMENDATIONS  ABOUT  OPERATION  OF  THE  SOLAR  BATTERY  COLLECTED  BY  THE  HANDS

Dmitriy  Kursai

student,  Engineering-technological  academy  of  Southern  federal  university ,  Russia,  Taganrog

Nikita  Osipov

student,  Engineering-technological  academy  of  Southern  federal  university,  Russia,  Taganrog

Yuriy  Kakurin

candidate  of  Technical  Sciences,  Associate  Professor  of  Department  of  Physic,  Engineering-technological  academy  of  Southern  federal  university,  Russia,  Taganrog

Natalja  Kakurina

candidate  of  Technical  Sciences,  Associate  Professor  of  Department  of  Physic,  Engineering-technological  academy  of  Southern  federal  university,  Russia,  Taganrog

АННОТАЦИЯ

В  работе  приведены  характеристики  собранной  своими  руками  солнечной  батареи.  Рассчитаны  параметры  антиотражающих  покрытий,  повышающих  КПД  солнечных  элементов.  Составлены  рекомендации  по  выбору  угла  наклона  панели  солнечной  батареи  в  весеннее-летний  и  осеннее-зимний  сезон  при  эксплуатации  ее  на  47°  северной  широты.  В  расчетах  использовались  средства  электронного  учебника  pvcdrom. 

ABSTRACT

Сharacteristics  of  the  solar  battery  collected  by  the  hands  are  resulted.  Parametres  of  the  antireflection  coatings  raising  efficiency  of  solar  elements  are  calculated.  Recommendations  for  choice  a  corner  of  an  inclination  of  the  panel  of  the  solar  battery  in  spring-summer  and  autumn-winter  season  are  made  at  its  operation  on  47◦  northern  width.  In  calculations  means  of  the  electronic  book  pvcdrom  were  used. 

Ключевые  слова:  солнечные  элементы;  солнечные  батареи.

Keywords:  solar  systems;  solar  battery.

Сегодня  человечество  не  может  представить  себе  комфортной  жизни  без  электроэнергии.  Необходимо  заметить,  что  электроустройства  становятся  все  более  и  более  персонализированными  и  мобильными,  а  человек  теряет  возможность  быть  «привязанным  к  розетке».  Можно  использовать  аккумуляторы,  но,  к  сожалению,  они  не  способны  обеспечивать  необходимое  количество  энергии  длительное  время  без  подключения  к  общей  электросети.  Одним  из  решений  является  использование  солнечных  батарей  (СБ).

Изготовление  СБ  в  домашних  условиях  по  силам  практически  любому  радиолюбителю  или  человеку,  который  любит  мастерить  всё  своими  руками.  По  финансовым  затратам  СБ,  собранная  своими  руками  на  порядок  дешевле  промышленного  аналога.  К  тому  же,  при  проектировании,  расчёте  и  сборке  СБ  можно  учесть  все  технические  нюансы  и  личные  потребности  —  в  любом  конкретном  случае.  Целью  нашей  работы  являлась  сборка  батареи,  которую  можно  было  использовать  для  питания  и  зарядки  любого  мобильного  устройства:  сотового  телефона,  фото  и  видео  камеры,  MP3  и  MP4  плееров,  GPS-навигаторов,  игровых  консолей  типа  SONY  PS;  зарядки  всех  типов  аккумуляторов  AA,  AAA,  Li-Ion,  Li-Pol  и  др.

Для  сборки  подобной  СБ  нам  понадобились  15  солнечных  элементов  (СЭ)  размером  65  ´  65  мм,  которые  мы  соединили  тремя  параллельными  группами  по  пять  элементов  в  каждой.  Учитывая  характеристики  СЭ  (мощность  0,6  Вт,  напряжение  »  4,5—6,5  В),  на  основе  которых  собиралась  СБ,  мы  получили  источник  питания  с  максимальной  мощностью  8,5  Вт  (панель  СБ  наклонена  к  солнцу,  на  нее  падает  прямой  солнечный  свет)  при  силе  тока  0,27  А.  На  выходе  СБ  был  установлен  шунтирующий  диод,  предотвращающий  разряд  подключённого  устройства  при  отсутствии  солнечного  света.  СБ  имеет  один  USB  выход.  Размеры  СБ:  400´250´5  мм;  масса:  0,25  кг. 

В  собранной  нами  СБ  использовались  СЭ  элементы  на  основе  поликристаллического  кремния,  КПД  которых  составляет  9—12  %.  Известно,  что  СЭ  с  повышенным  КПД  в  основном  изготавливают  на  основе  монокремния  и  снабжают  в  обязательном  порядке  специальным  антиотражающим  покрытиям  (АОП)  для  борьбы  с  оптическими  потерями.

Основываясь  на  законах  отражения  и  преломления  световой  волны  на  границе  раздела  двух  сред,  а  также  интерференции  в  тонких  пленках,  получают  выражение  для  коэффициента  отражения  СЭ  с  антиотражающим  и  стеклянным  защитным  покрытиями,

,                                         (1)

где  ;  ;  ;  n₀,  n₁  и  n₂  —  абсолютные  показатели  преломления  стекла,  АОП  и  кремния  соответственно,  d  —  толщина  АОП,  l  —  длина  волны  в  вакууме.  Подбор  значений  указанных  параметров  позволяет  свести  к  минимуму  величину  R  для  заданной  длины  волны.  На  рисунке  1  показаны  рассчитанные  нами  с  помощью  средств  электронного  учебника  pvcdrom  [1]  графики  R. 

Рисунок  1.  Зависимость  коэффициента  отражения  СЭ  с  АОП  от  длины  волны  падающего  излучения

Получено,  что  для  l  =  600  нм  (пик  солнечного  излучения)  R  достигает  минимума  при  n₁  =2,3  и  d  =  65  нм  при  отсутствии  стеклянного  защитного  покрытия  СБ  (рис.  1  а)),  а  при  наличии  последнего  —  при  n₁  =1,9  и  d  =  80  нм  (рис.  1  б)). 

Очевидно,  что  производительность  СЭ  зависит  от  величины  плотности  потока  энергии,  падающей  на  фотоэлектрический  модуль  (ФЭМ),  а  также  от  угла  между  модулем  и  солнцем.  В  случае,  когда  поглощающая  поверхность  и  солнечное  излучение  перпендикулярны  друг  другу,  плотность  потока  излучения  максимальна.  При  изменении  угла  плотность  потока  излучения  уменьшается.  Иллюстрация  на  рисунке  2  и  выражение  (2)  показывают,  как 

Рисунок  2.  К  расчету  оптимального  угла  наклона  фотоэлектрического  модуля

рассчитать  плотность  потока  мощности  излучения,  падающего  на  наклонную  поверхность  ФЭМ  S_m  в  зависимости  от  общей  плотности  потока  S_i

.                                          (2)

В  (2)  α  —  угол  возвышения  солнца,  который  определяется 

,                                               (3)

где:  β  —  угол  наклона  ФЭМ; 

φ   —  широта, 

δ   —  угол  солнечного  склонения.

Для  расчета  солнечного  склонения  применяется  формула  (D  —  день  в  году)  [1]

.                                    (4)

Таким  образом,  с  помощью  выражений  (2)—(4)  можно  исследовать  влияние  широты  и  угла  наклона  ФЭМ  на  получаемое  солнечное  излучение  в  течение  года  при  условии  отсутствия  облаков. 

На  рисунке  3  приведены  результаты  исследований,  проведенных  нами  для  φ  =  47°  с.  ш.  (Ростов-на  Дону,  Таганрог).  По  горизонтальной  оси  отсчитываются  дни  с  первого  января.  Сплошной  линией  показан  график  S_i.  Такое  количество  энергии  получил  бы  ФЭМ,  очень  точно  поворачивающийся  за  солнцем.  Более  пологие  углы  наклона  β  способствуют  увеличению  падающего  излучения  летом  (рис.  3  а)),  тогда  как  более  крутые  —  зимой  (рис.  3  б)).  В  данных  расчетах  предполагалось,  что  ФЭМ  находится  в  северном  полушарии  и  ориентирован  на  юг. 

Рисунок  3.  Кривые  плотности  потока  солнечного  излучения  в  расчете  на  день  года  на  φ   =  47°  с.  ш.

В  результате  проведенных  исследований  можно  сделать  следующие  выводы:  1)  для  достижения  повышенных  характеристик  СБ,  собираемой  своими  руками,  необходимо  выбирать  СЭ  с  антиотражающим  покрытием;  2)  максимальная  производительность  СБ  за  весь  год  при  неизменном  ее  угле  наклона  достигается  тогда,  когда  он  равен  широте  местоположения. 

Список  литературы:

1.Honsberg  C.  и  S.  Bowden.  pvcdrom  //  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.pveducation.org/pvcdrom  (дата  обращения  25.04.2014).