fonctionnement de la batterie solaire

Le principe de fonctionnement de la batterie solaire

Ce dispositif, également appelé panneau solaire, consiste en un ensemble de convertisseurs photovoltaïques connectés d’une certaine manière, qui comprennent deux couches de semi-conducteurs avec différents types de conductivité – p et n. Le silicium avec certaines impuretés est le plus souvent utilisé comme substance ayant de telles propriétés. Lorsque du phosphore y est ajouté, un excès d’électrons (charges négatives) apparaît dans la structure résultante et un semi-conducteur de type n se forme, et lorsque le bore est mélangé, un semi-conducteur de type p se forme, caractérisé par l’absence d’électrons ou la présence de trous. Si vous placez ces couches entre deux électrodes, comme indiqué sur la photo, et laissez la lumière atteindre la partie supérieure, vous obtenez un convertisseur photoélectrique.

Lorsque l’élément est éclairé, il absorbe une partie de l’énergie incidente, ce qui entraîne une génération supplémentaire de trous et d’électrons. Le champ électrique qui existe dans une jonction pn C’est-à-dire que les premiers se déplacent vers la région p et les seconds vers la région n. Dans ce cas, des charges positives s’accumulent sur l’électrode inférieure et des charges négatives s’accumulent sur la supérieure, c’est-à-dire une différence de potentiel se produit – tension constante U. De cette manière, le convertisseur photoélectrique fonctionne comme une source de force électromotrice (EMF) – une petite batterie. Si une charge y est connectée, un courant I apparaîtra dans le circuit, dont la valeur dépendra du type de cellule photoélectrique, de sa taille, de l’intensité du rayonnement solaire et de la résistance des consommateurs connectés. La FEM de la batterie diminue avec l’augmentation de la température d’environ 0,4 %/°C. Par conséquent, pour un fonctionnement efficace et à long terme, le panneau doit être refroidi à l’aide de ventilateurs ou de systèmes d’eau.

Le paramètre le plus important de la source d’énergie solaire est la puissance P=UI. Naturellement, le courant et la tension obtenus à la suite du fonctionnement d’une cellule photoélectrique sont faibles, ils sont donc combinés d’une certaine manière dans la batterie pour augmenter les indicateurs indiqués. Si les convertisseurs sont connectés en série, la tension de sortie totale sera proportionnelle à leur nombre. La connexion parallèle d’éléments individuels entraîne une augmentation du courant. En combinant les deux types de connexions d’une certaine manière, comme le montre la photo, les paramètres de sortie nécessaires de la batterie sont obtenus, et donc sa puissance.

Lorsque la batterie est allumée, toute l’énergie du rayonnement solaire n’est pas convertie en électricité – une partie est réfléchie et également utilisée pour chauffer les éléments. La plupart des panneaux photovoltaïques produits dans le commerce ont un rendement de 9 à 24 %. Il est également important de savoir comment fonctionne le panneau solaire dans des conditions où certains éléments sont obscurcis. Dans ce cas, les convertisseurs non exposés au soleil deviendront consommateurs d’énergie et s’échaufferont. Pour cette raison, les réseaux de cellules photoélectriques sont shuntés avec des diodes à faible résistance qui empêchent le courant de traverser les composants de la batterie assombris. Ensuite, le panneau fonctionnera avec moins de puissance.

Conversion de l’énergie reçue à l’aide de panneaux solaires

Les cellules photovoltaïques génèrent une tension continue, mais de nombreux types d’équipements sont alimentés en courant alternatif, ce qui nécessite la disponibilité de convertisseurs adaptés. De plus, les panneaux solaires produisent de l’électricité pendant la journée et sa consommation a lieu 24 heures sur 24. Des composants supplémentaires sont donc nécessaires pour stocker et distribuer l’énergie. Prenons un exemple de système d’alimentation de bâtiment utilisant des sources solaires – une petite centrale solaire dont la structure est illustrée sur la photo.

Ce système peut fonctionner dans des bâtiments où il y a un réseau électrique, et la batterie solaire est utilisée pour économiser la consommation d’énergie de celle-ci et également comme source de secours lorsque la principale est éteinte. Principe général Le fonctionnement du système est le suivant : la tension continue générée par les convertisseurs photovoltaïques est envoyée à l’onduleur, qui la convertit en courant alternatif, et aux batteries, qui, étant chargées sous le contrôle d’un contrôleur spécial, accumulent de l’énergie .

Dans ce cas, les appareils de la maison sont divisés en redondants – ceux pour lesquels une panne de courant peut entraîner des conséquences indésirables (réfrigérateur, systèmes de vidéosurveillance, alarmes), et non réservés – tout le reste. Lorsque le réseau est éteint, l’onduleur alimente les dispositifs de secours à partir de la batterie solaire, et s’il n’y a pas assez d’énergie de celle-ci, alors à partir des batteries. Lorsque le réseau est connecté, l’électricité générée par le panneau est principalement utilisée pour les recharger. Et lorsque cela n’est plus nécessaire, l’onduleur convertit la tension continue en courant alternatif, qui alimente la charge. Cela permet d’économiser la consommation de la source principale.

Les batteries solaires peuvent être utilisées sans l’équipement supplémentaire en question pour alimenter ou charger des équipements électroniques portables alimentés en tension constante , par exemple des calculatrices, des lecteurs, des lampes de poche, des appareils mobiles.

En plus de l’électricité, la chaleur peut être générée directement à partir de l’énergie lumineuse. Des capteurs solaires sont utilisés pour cela. Étant donné qu’il existe aujourd’hui des tendances pour réduire le prix des convertisseurs photovoltaïques et augmenter leur efficacité, en général, l’énergie solaire est une direction de perspective qui permet de manière silencieuse et écologique d’ obtenir gratuitement de l’électricité , ainsi que de la chaleur pour le chauffage et l’eau chaude.

Il semble que ce n’est que récemment que la batterie solaire a été fortement associée aux vaisseaux spatiaux , aux stations orbitales et aux rovers lunaires. Et maintenant, dans chaque calculatrice se trouve un appareil qui peut extraire l’électricité de la lumière. De plus, dans les pays riches en soleil avec des étés chauds et des hivers doux (les scientifiques les appellent “pays à forte insolation”), comme l’Italie, l’Espagne, le Portugal, les États du sud des États-Unis, etc. L’énergie solaire est un élément important pour économiser l’électricité et les coûts de chauffage. De plus, cette économie se produit à la fois par l’initiative privée des citoyens et sous la forme de réglementations étatiques obligatoires, comme en Espagne.

Les tentatives de faire fonctionner l’énergie du soleil pour elles-mêmes ont été faites par l’humanité depuis longtemps, donc selon la légende, Archimède a brûlé la flotte romaine, ordonnant de concentrer de nombreux miroirs (dans une autre version, des boucliers polis pour un éclat) la lumière du soleil sur les voiles des galères des navires romains. Mais des résultats notables de la tentative de maîtriser l’énergie du soleil n’ont été donnés qu’au siècle dernier. Quelles sont les façons d’utiliser l’énergie solaire?