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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Celle solari. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative Molti di noi non sospettano che il metodo per ottenere elettricità dalla luce solare sia noto da circa 130 anni. L'effetto fotoelettrico fu osservato per la prima volta da Edmond Becquerel nel 1839. Questa scoperta accidentale passò inosservata fino al 1873, quando Willoughby Smith scoprì un effetto simile quando una lastra di selenio fu irradiata di luce. E sebbene i suoi primi esperimenti fossero tutt'altro che perfetti, segnarono l'inizio della storia delle celle solari a semiconduttore. Alla ricerca di nuove fonti di energia, la cella solare al silicio è stata inventata presso i Bell Labs, che sono diventati i precursori degli odierni convertitori solari fotovoltaici. Fu solo all'inizio degli anni '50 che la cella solare raggiunse un grado di perfezione relativamente alto. La conversione dell'energia nelle celle solari (PEC) si basa sull'effetto fotovoltaico in strutture semiconduttrici disomogenee quando esposte alla radiazione solare. In questa pagina, non ci poniamo l'obiettivo di entrare nella fisica di questo difficile fenomeno, quindi descriveremo brevemente il lato pratico della questione. Puoi utilizzare l'energia delle celle solari allo stesso modo dell'energia di altre fonti di alimentazione, con la differenza che le celle solari non temono i cortocircuiti. Ognuno di essi è progettato per mantenere una certa intensità di corrente a una determinata tensione. Ma a differenza di altre sorgenti attuali, le caratteristiche di una cella solare dipendono dalla quantità di luce che cade sulla sua superficie. Ad esempio, un cloud in entrata può ridurre la potenza in uscita di oltre il 50%. Inoltre, le deviazioni nei regimi tecnologici comportano una diffusione dei parametri di output degli elementi di un lotto. Pertanto, il desiderio di ottenere il massimo dai convertitori fotovoltaici porta alla necessità di ordinare le celle in base alla corrente di uscita. Come esempio illustrativo di "una pessima pecora che rovina l'intero gregge", si può citare quanto segue: tagliare una sezione di tubo con un diametro molto più piccolo in una rottura in un tubo dell'acqua di grande diametro, di conseguenza, il flusso d'acqua sarà diminuire drasticamente. Qualcosa di simile accade in una catena di parametri di uscita non uniformi delle celle solari. Le celle solari al silicio sono dispositivi non lineari e il loro comportamento non può essere descritto da una semplice formula come la legge di Ohm. Invece, per spiegare le caratteristiche dell'elemento, puoi usare una famiglia di curve di facile comprensione - caratteristiche corrente-tensione (CVC)
La tensione a circuito aperto generata da un elemento cambia leggermente quando si passa da un elemento all'altro in un lotto e da un produttore all'altro ed è di circa 0.6 V. Questo valore non dipende dalle dimensioni dell'elemento. La situazione è diversa con la corrente. Dipende dall'intensità della luce e dalla dimensione dell'elemento, che si riferisce alla sua superficie. Un elemento con una dimensione di 100 * 100 mm è 100 volte più grande di un elemento con una dimensione di 10 * 10 mm e, quindi, con la stessa illuminazione, emetterà una corrente 100 volte maggiore. Caricando l'elemento, puoi tracciare la dipendenza della potenza in uscita dalla tensione, ottenendo qualcosa di simile a quello mostrato in Fig. 2
La potenza di picco corrisponde ad una tensione di circa 0,47 V. Pertanto, per valutare correttamente la qualità di una cella solare, oltre che per confrontare le celle tra loro nelle stesse condizioni, è necessario caricarla in modo che il la tensione di uscita è 0,47 V. Dopo aver selezionato gli elementi solari per il lavoro, è necessario saldarli. Gli elementi seriali sono dotati di griglie di raccolta della corrente, progettate per la saldatura di conduttori. Le batterie possono essere realizzate in qualsiasi combinazione desiderata. La batteria più semplice è una catena di celle collegate in serie. Puoi anche collegare catene in parallelo, ottenendo il cosiddetto collegamento serie-parallelo. Un punto importante nel funzionamento delle celle solari è il loro regime di temperatura. Quando l'elemento è riscaldato di un grado sopra 25оCon esso, perde 0,002 V di tensione, cioè 0,4%/grado. La Figura 3 mostra una famiglia di curve CVC per temperature 25о C e 60о C.
In una luminosa giornata di sole, gli elementi si riscaldano fino a 60-70оCon la perdita di 0,07-0,09 V ciascuno. Questo è il motivo principale della diminuzione dell'efficienza delle celle solari, che porta ad un calo della tensione generata dalla cella. L'efficienza di una cella solare convenzionale varia attualmente dal 10 al 16%. Ciò significa che un elemento con una dimensione di 100 * 100 mm in condizioni standard può generare 1-1,6 watt. Sono riconosciute condizioni standard per la certificazione di elementi in tutto il mondo: - illuminazione 1000 W/m2 - temperatura 25оС - spettro AM 1,5 (spettro solare a latitudine 45о) Pubblicazione: alternativeenergy.ru
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