Download - Dokumentacija solarna_celija
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
1/17
Filip Lemi0036435725
to je solarna elija?
Fotoelektrini efekt
Tipovi solarnih elija
Kuna izrada solarne elije
SEMINARSKI RAD - SPVP
9. lipanj 2011
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
2/17
Solarna elija
2
SaetakSolarne elije su tehnologija budunosti. U seminaru se opisuje nain rada solarnih elija. Opisuju
se njihovi tipovi, fotoelektrini efekt na ijem principu se elije temelje te se daje pokus kojim se
pokuava ostvariti izrada kune solarne elije. Nekolicinom slika prikazan je i objanjen praktini
rad na seminaru, a konani rezultati mogu se nai na web stranici:
http://studenti.zesoi.fer.hr/pametne-kuce/Studenti/2011/flemic/.
Sadraj1. UVOD ............................................................................................................ 32. TO JE SOLARNA ELIJA ................................................................................. 43. FOTOELEKTRINI EFEKT .................................................................................. 54. TIPOVI SOLARNIH ELIJA ................................................................................ 75. IZRADA SOLARNE ELIJE ................................................................................ 9
5.1. Materijali i alati potrebni za izradu ................................................................. 95.2. Izrada elije ...............................................................................................10
6. ZAKLJUAK ...................................................................................................157. LITERATURA..................................................................................................16 8. POJMOVNIK ..................................................................................................17
Ovaj seminarski rad je izraen u okviru predmeta Sustavi za praenje i voenje procesa naZavodu za elektronike sustave i obradbu informacija, Fakulteta elektrotehnike i raunarstva,Sveuilita u Zagrebu.
Sadraj ovog rada moe se slobodno koristiti, umnoavati i distribuirati djelomino ili u cijelosti,uz uvjet da je uvijek naveden izvor dokumenta i autor, te da se time ne ostvaruje materijalnakorist, a rezultirajue djelo daje na koritenje pod istim ili slinim ovakvim uvjetima.
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
3/17
Solarna elija
3
1.UvodSolarna elija (fotonaponska elija) pretvara svjetlosnu energiju Sunca u elektrinu energiju. Na
svjetskom tritu dominira silicijeva solarna elija. Silicijska fotonaponska elija je sastavljena od
dva tipa silicija. Izmeu njih se djelovanjem svjetlosnih fotona stvara razlika napona i time tok
struje kroz prikljueni potroa. U praksi koristimo solarne panele, koji se sastoje od vie solarnih
elija spojenih serijski da se dobije vei napon i paralelno da se dobije vea struja. Cilj ovog rada je
pokuati ostvariti fotonaponsku eliju za pametnu kuu. Prednosti koritenja fotoelije u pametnoj
kui su viestruke. Osim to se moe koristiti kao napajanje i akumulator, ona moe posluiti i kao
senzor svijetlosti u kui te kao sigurnosno napajanje pametne kue. Naalost, rezultati pokusa su
polovini. Naime, zakljueno je da elija moe posluiti kao senzor svijetlosti i mali izvor napajanja
u pametnoj kui, ali je preslaba da se koristi kao napajanje, pa ak i ono sigurnosno. Takoer,
zakljuak rada daje osvrt na mogua poboljanja elije, kojima bi se mogle ukloniti postojee
mane.
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
4/17
Solarna elija
4
2.to je solarna elijaSunce je daleko najvei izvor energije u solarnom sustavu. Koliina solarne energije koja svake
minute stie na Zemlju dovoljna je da zadovolji godinje energetske potrebe ovjeanstva u
trenutnoj fazi razvoja. Usprkos ogromnom potencijalu, iskoritavanjem solarne energije trenutno
se pokriva vrlo mali postotak energetskih potreba ovjeanstva. Jednim dijelom to je zbog slabe
razvijenosti trenutnih tehnologija za iskoritavanje energije Sunca, ali ipak je najvei problem
trenutna cijena sustava za iskoritavanje solarne energije. Postoji nekoliko naina iskoritavanja
energije Sunca. Najjednostavniji i najjeftiniji nain iskoritavanja solarne energije svakako je
grijanje vode ili neke druge tekuine za upotrebu u domainstvima. Elementi koji iskoritavaju
energiju Sunca za grijanje vode nazivaju se solarni kolektori i uobiajeno se postavljaju na krovove
kua i zgrada. Drugi nain iskoritavanja energije Sunca je koncentriranje solarne energije pomou
sistema zrcala i stvaranje velike koliine toplinske energije koja se kasnije u standardnim
generatorima pretvara u elektrinu energiju. Ovakva postrojenja mogu biti vrlo velika i uobiajeno
se grade u pustinjama, a slue za komercijalnu proizvodnju elektrine energije. Solarne
(fotonaponske) elije su trei i najpoeljniji nain iskoritavanja energije Sunca, ali zbog slabe
efikasnosti i visoke cijene trenutno se ne koriste u velikoj mjeri. Solarne elije direktno pretvaraju
solarnu energiju u elektrinu energiju. Solarne elije uobiajeno se koriste tamo gdje nije mogue
dovesti neki drugi izvor energije, primjerice na satelitima, na znakovima uz ceste i slino. Dodatno
se koriste za napajanje energijom malih potroaa kao to su depna raunala.
Slika 1. Komercijalna solarna elija
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
5/17
Solarna elija
5
3.Fotoelektrini efektFotoelektrini efektje bio zagonetka u fizici do poetka 20. stoljea, a njegovo otkrie je odigralo
kljunu ulogu u razvoju moderne fizike jer je nedvosmisleno pokazao kvantnu prirodu procesa u
mikrosvijetu. Heinrich Rudolf Hertz je 1807. godine otkrio, ali ne i objasnio fotoelektrini efekt.
Fotoelektrini efekt je otkrio francuski fiziar Alexandre-Edmond Becquerel (1820-1891) 1839.
godine. Imenom fotoelektrini efekt je nazvana pojava kada svjetlost odreene valne duine padne
na povrinu metala (npr. cinka, natrija ili bakra) i iz njega izbija elektrone. Najvanija osobina
fotoelektrinog efekta je povezana s ovisnou fotoelektrinog efekta o valnim duinama i
intenzitetu svjetlosti kojom se osvjetljava metalna ploa. Ukoliko je valna duljina manja od neke
granice (koja ovisi o vrsti tvari), intenzitet efekta (koliina el. naboja koji se pojavljuje na ploi)
raste s poveanjem intenziteta. Meutim, ako valna duina svjetlosti prelazi tu granicu,
fotoelektrini efekt nestaje, bez obzira koliko intenzivna bila svijetlost. Druga opaena osobina
efekta je vezana za gibanje elektrinih naboja koji naputaju metalnu plou. To gibanje se moe
zaustaviti ako se elektrini naboji koe vanjskim elektrinim poljem. Eksperimenti su pokazivali da
veliina napona koenja uope ne ovisi o intenzitetu svjetlosti, ve samo o njenoj valnoj duini. To
se nije moglo objasniti teorijom o svjetlosti kao valu. Ona je predviala da e s poveanjem
intenziteta rasti napon koenja koji nee ovisiti o valnoj duini.
Slika 2. Prikaz fotoelektrinog efekta
Solarne elije su zasnovane na fotoelektrinom efektu. Solarne elije su izgraene od dva sloja:
pozitivnog i negativnog, a razlika potencijala izmeu ta dva sloja ovisi o intenzitetu solarnog
zraenja. Solarna energija stie na Zemlju u obliku fotona. Prilikom pada na povrinu solarne elije
ti fotoni predaju svoju energiju panelu i na taj nain izbijaju negativno nabijene elektrone iz atoma.
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
6/17
Solarna elija
6
Izbijeni elektroni kreu se prema drugoj (negativnoj) strani panela i na taj nain dolazi do razlike
potencijala, tj. generira se elektrina energija. Fotonaponske elije grade se od silicija, a silicij je
jedan od najzastupljenijih elemenata na Zemlji.
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
7/17
Solarna elija
7
4.Tipovi solarnih elijaMonokristalne Si elije: ovaj tip elije moe pretvoriti 1000 W/m2 sunevog zraenja u 140 W
elektrine energije s povrinom elija od 1 m2. Za proizvodnju monokristalnih Si elija potreban je
apsolutno isti poluvodiki materijal. Monokristalni tapii se izvade iz rastaljenog silicija i reu na
tanke ploice. Takav nain izrade omoguuje relativno visoki stupanj iskoristivosti.
Polikristalne Si elije: ovaj tip elije moe pretvoriti 1000 W/m2 sunevog zraenja u 130 W
elektrine energije s povrinom elija od 1 m2. Proizvodnja ovih elija je ekonomski efikasnija u
odnosu na monokristalne. Tekui silicij se ulijeva u blokove koji se zatim reu u ploe. Tijekom
skruivanja materijala stvaraju se kristalne strukture razliitih veliina na ijim granicama se
pojavljuju greke, zbog ega solarna elija ima manju iskoristivost.
Amorfne Si elije: ovaj tip elije moe pretvoriti 1000 W/m2 sunevog zraenja u 50 W elektrine
energije s povrinom elija od 1 m2. Ukoliko se tanki film silicija stavi na staklo ili neku drugu
podlogu to se naziva amorfna ili tankoslojna elija. Debljina sloja iznosi manje od 1 m, stoga su
trokovi proizvodnje manji u skladu sa niskom cijenom materijala. Meutim iskoristivost amorfnih
elija je puno nia u usporedbi s drugim tipovima elija. Prvenstveno se koristi u opremi gdje je
potrebna mala snaga (satovi, depna raunala) ili kao element fasade.
Galij arsenidne (GaAs) elije: galij arsenid je poluvodi napravljen iz mjeavine galija i arsena.
Pogodan je za upotrebu u vieslojnim i visoko uinkovitim elijama. irina zabranjene vrpce (band
gap) je pogodna za jednoslojne solarne elije. Ima visoku apsorpciju pa je potrebna debljina od
samo nekoliko mikrona da bi apsorbirao suneve zrake. Relativno je neosjetljiv na toplinu u
usporedbi sa Si elijama te na zraenja. Zbog visoke cijene koristi se u svemirskim programima i u
sustavima s koncentriranim zraenjem gdje se tedi na elijama. Projekti koncentriranog zraenja
su jo u fazi istraivanja. Galij indijum fosfidna/galij arsenid (GaInP)/GaAs dvoslojna elija ima
iskoristivost od 30% i koristi se u komercijalne svrhe za svemirske aplikacije. Ovaj tip elije moe
pretvoriti 1000 W/m2 sunevog zraenja u 300 W elektrine energije sa povrinom elija od 1 m2.
Kadmij telurijeve (CdTe) elije: ovaj tip elije moe pretvoriti 1000 W/m2 sunevog zraenja u
160 W elektrine energije sa povrinom elija od 1 m2 u laboratorijskim uvjetima. Kadmij teleurid
je spoj elementa: metala kadmija i polumetala telurija. Pogodan za upotrebu u tankim PV
modulima zbog fizikalnih svojstava i jeftinih tehnologija izrade. Usprkos navedenim prednostima
zbog kadmijeve otrovnosti i sumnje na kancerogenost nije u irokoj upotrebi.
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
8/17
Solarna elija
8
Slika 3. Razliiti tipovi solarnih elija
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
9/17
Solarna elija
9
5.Izrada solarne elijeIdeja za izradu ove kune solarne elije potjee sa stranice:
http://www.youtube.com/watch?v=jL1KiWN26Q0&feature=player_embedded.
5.1. Materijali i alati potrebni za izradu
Za izradu kune solarne elije potrebni materijali su:
bakrena ploica minimalnih dimenzija 10x10, obina ON/OFF sklopka, bakrene ice, LED dioda, plastina folija, plastina posuda s poklopcem te kuhinjska sol otopljena u obinoj vodi.
Potrebni alati su:
lemilica, pila za metal, univerzalna klijeta, plamenik (ili slino), silikon te voltmetar.
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
10/17
Solarna elija
10
Slika 4. Alati i materijali potrebni za izradu solarne elije
5.2. Izrada elije
Bakrenu ploicu je potrebno prerezati kao to je prikazan na slici. Potrebno je dobiti ploicu veliine
10x10 cm koja e predstavljati katodu i manju ploicu veliine 2x10 koja e predstavljati anodu.
Slika 5. Rezanje bakrene ploice
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
11/17
Solarna elija
11
Veu ploicu potrebno je zagrijavati minimalno pola sata da bi bakar oksidirao. Nakon toga
potrebno ju je hladiti dodatnih sat vremena.
Slika 6. Zagrijavanje vee ploice
Na obje ploice potrebno je zavariti ice kojima e tei generirana struja. Ploice se moe silikonom
zalijepiti na komad plastike radi lakeg rukovanja, no taj korak nije nuan.
Slika 7. Ploice sa zalemljenim icama postavljene na komad plastike
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
12/17
Solarna elija
12
Ploice je potrebno postaviti u plastinu posudu koritenjem silikona. ice zalemljene na ploice
treba ostaviti van posude.
Slika 8. Ploice uglavljene u plastinu posudu
Posudu je potrebno napuniti obinom ili destiliranom vodom te u vodu dodati kuhinjsku sol i sodu
bikarbonu.
Slika 9. Punjenje posude vodom
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
13/17
Solarna elija
13
Posudu s vodom je potrebno hermetiki zatvoriti uz koritenje plastine folije i silikona. ice moraju
izlaziti iz posude.
Slika 10. Izgled hermetiki zatvorene posudeKada se na ice spoji voltmetar, dobije se odreeni napon i struja. Postoji mogunost da se struja
nee moi oitati jer je previe mala (reda veliine 10uA).
Slika 11. Izgled gotove solarne elije na koju je spojen voltmetar
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
14/17
Solarna elija
14
Posudu se moe uvrstiti na stalak ime ona dobiva na stabilnosti. Proizvoljno, u ovom primjeru na
ice je zalemljen strujni krug koji se sastoji od sklopke i LED diode.
Slika 12. Posuda na stalku
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
15/17
Solarna elija
15
6.ZakljuakIzrada kune solarne elije zanimljiva je zanimacija, ali upitne je koristi. Naime, najvei napon koji
je ovom solarnom elijom je 0.05 V pri struji od 4uA. Ipak, moe se primijetiti porast napona pri
pojaavanju razine svijetlosti. Taj porast moe se iskoristiti za izradu senzora svijetlosti. Takoer,
ovakva solarna elija moe posluiti kad napajanje za neke prilino nezahtjevne ureaje, primjerice
kalkulatore. Naalost, elija nije bila dovoljno snanog napona i struje za napajanje LED diode,
tako da se izrada strujnog kruga nije previe isplatila. Jo jedna mana ovakve elije je njeno
vrijeme trajanja. Naime, elija nakon dva tjedna vidno smanji svoja svojstva, odnosno smanje se
napon i struja koju elija moe davati. Daljnja poboljanja ukljuivala bi koritenje veih bakrenih
ploica i otopinu kalijevog-klorida (KCl) koja daje bolja svojstva te koritenje boljih svjetlosnih
izvora (ovo testiranje koristilo je blic fotoaparata). Sunce je daleko najvei izvor energije u
solarnom sustavu, a time su solarne elije podrune na kojem se osniva budunost. Potrebna su
daljnja istraivana solarnih elija da bi one postale tehnologija budunosti, a tome je ovaj pokus
doprinio.
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
16/17
Solarna elija
16
7.Literatura1. ELEKTRONIKA.BA: Solarna elija u kunoj uporabi,
http://www.elektronika.ba/640/solarna-celija-u-kucnoj-izradi/
2. Wikipedia: Solarna fotonaponska energija,
http://hr.wikipedia.org/wiki/Solarna_fotonaponska_energija
3. Phy: Fotoelektrini efekt,
http://phy.grf.unizg.hr/media/download_gallery/4_Fotoelektri%C4%8Dni%20efekt.pdf
4. Gradimo: Solarni fotonaponski sustavi
http://www.gradimo.hr/Solarni-fotonaponski-sustavi/hr-HR/720.aspx
-
7/29/2019 Dokumentacija solarna_celija
17/17
Solarna elija
17
8.PojmovnikPojam Kratko
objanjenjeVie informacija potraite na
Solarna elija Nainiskoritavanjasuneve energije
http://hr.wikipedia.org/wiki/Solarna_fotonaponska_energija
Fotoelektriniefekt
Otputanjeelektrona podutjecajemsvijetlosti
http://hr.wikipedia.org/wiki/Fotoelektri%C4%8Dni_u%C4%8Dinak
Alexandre-EdmondBecquerel
Fiziar koji jeotkrio fotoelektriniefekt
http://en.wikipedia.org/wiki/A._E._Becquerel
MonokristalneSi elije
Tip solarne elije http://hr.wikipedia.org/wiki/Solarna_fotonaponska_energija
Polikristalne Si
elije
Tip solarne elije http://hr.wikipedia.org/wiki/Solarna_fotonaponska_energija
Amorfne Si
elije
Tip solarne elije http://hr.wikipedia.org/wiki/Solarna_fotonaponska_energija