32057

Разработка и сборка солнечной батареи. Применение преобразователя для аккумулирования энергии

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Снятие вольтамперных характеристик солнечной батареи. Применение DC DC преобразователя для аккумулирования солнечной энергии. Исследование характеристик солнечной батареи. Общая информация о солнечном излучении Количество солнечной энергии падающей на поверхность Земли связано с движением Солнца и зависит от времени суток и времени года.

Русский

2013-09-01

1.12 MB

74 чел.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ {Error calculating value!: Bookmark "_Toc262754506" was not found in this document.}

Актуальность темы {Error calculating value!: Bookmark "_Toc262754507" was not found in this document.}

Постановка задачи {Error calculating value!: Bookmark "_Toc262754508" was not found in this document.}

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 4

1.1 Обзор погодных условий Чувашской Республики {Error calculating value!: Bookmark "_Toc262754507" was not found in this document.}

1.2 Общая информация о солнечном излучении………………………………                                                 

1.3.Фотоэлетрические преобразователи……………………….………………

  1.4 Фотоэнергетика в мире………………………………………………….

1.5.Перспективы развития отрасли в России…………………………………

  1.6.Принцип работы солнечных батарей…………………………………….{Error calculating value!: Bookmark "_Toc262754513" was not found in this document.}

  1.7 Типы солнечных батарей………………………………………………….

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ {Error calculating value!: Bookmark "_Toc262754515" was not found in this document.}

2.1 Снятие вольтамперных характеристик солнечной батареи………………

2.2 Разработка схемы и сборка опытного образца…………………………….

2.3 Применение DC/DC преобразователя для аккумулирования солнечной энергии……………………………………………………………………………..

2.4 Теоретическое обоснование экспериментальных данных………………….

Выводы

Благодарности

Литература

Приложение 1

Приложение 2

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Проблема дефицита энергоресурсов возникает в связи с тем, что бурное развитие экономики, вызванное достижениями научно-технического прогресса, приводит к соответствующему росту энергозатрат. А постоянное повышение цен на энергоносители одновременно с дальнейшим ростом энергопотребления всего человечества. Главной причиной возникновения энергетической проблемы принято считать постоянно растущее потребление минерального топлива, притом, что запасы сырья для производства большей части энергии в мире, являются ограниченными. Предполагается, что к 2020 году мировое энергопотребление возрастет в несколько раз. На данный момент проблема энергодефицита и способы ее решения, являются одними из самых обсуждаемых вопросов в мире. Решение энергетической проблемы может идти по двум направлениям: экстенсивному и интенсивному. Первое направление предполагает дальнейшее увеличение добычи сырьевых энергетических ресурсов и потребления энергии, второе - использование альтернативных (возобновляемых) источников энергии и широкое применение энергосберегающих технологий. 

Говоря об альтернативной энергетике, надо отметить, что возобновляемые источники энергии имеют перед традиционными ряд преимуществ. Во-первых, природные запасы традиционных источников энергии исчерпаемы. Кроме того, увеличение их добычи, необходимое для поддержания высоких темпов промышленного роста недешево и приводит к постоянному росту тарифов, что отрицательно сказывается на себестоимости производимой продукции.

Доля энергозатрат в структуре себестоимости промышленной продукции составляет от 10 до      40 %. Увеличение себестоимости вызывает рост цен, что снижает покупательскую активность, а также может послужить причиной социальной напряженности в обществе. альтернативные источники энергии принято считать практически неисчерпаемыми. Например, солнце будет светить еще много миллиардов лет, отдавая нам свою энергию. Во-вторых, применение альтернативных источников энергии гораздо безопаснее для окружающей среды, чем использование традиционных. Соответственно снижается угроза для здоровья людей. Так замена электростанций, работающих на угле, позволит резко ограничить массированное поступление в атмосферу Земли окислов серы и азота и двуокиси углерода, которые в совокупности способствуют формированию парникового эффекта и изменению климата. Одновременно предотвращается накопление в зольных отвалах электростанций опасных радиоактивных элементов.

Постановка задач.

1. Исследование характеристик солнечной батареи;

2. Разработка и сборка опытного образца;

3. Применение преобразователя для аккумулирования энергии.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Обзор погодных условий Чувашской Республики

Продолжительность солнечного сияния в Чувашской республике в среднем за год составляет 1900-1950 часов и равна 46% от возможной. В целом, можно сказать, что использование энергии солнца в качестве альтернативной является целесообразным. Следует помнить только, что солнечные батареи не в состоянии обеспечить постоянное поступление энергии, так что солнечные батареи лучше всего сочетать с другими устройствами по производству энергии, например, ветрогенераторами [1].

1.2. Общая информация о солнечном излучении

Количество солнечной энергии, падающей на поверхность Земли, связано с движением Солнца и зависит от времени суток и времени года. Обычно в полдень на Землю попадает больше солнечной радиации, чем рано утром или поздно вечером. В полдень Солнце находится высоко над горизонтом, и длина пути прохождения лучей Солнца через атмосферу Земли сокращается. Следовательно, меньше солнечной радиации рассеивается и поглощается, а значит, больше достигает поверхности. Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от широты, местного климата, времени года, угла наклона поверхности по отношению к Солнцу [2].


Рис.1 Сферы потребления солнечной энергии

Количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, отличается от среднегодового значения: в зимнее время – менее чем на 0,8 кВт•ч/м² в день на Севере Европы и более чем на 4 кВт•ч /м² в день в летнее время в этом же регионе. Различие уменьшается по мере приближения к экватору. Количество солнечной энергии зависит и от географического положения участка: чем ближе к экватору, тем оно больше. Например, среднегодовое суммарное солнечное излучение, падающее на горизонтальную поверхность, приблизительно составляет: в Центральной Европе, Средней Азии и Канаде 1000 кВт•ч/м²; в Средиземноморье 1700 кВт•ч /м²; в большинстве пустынных регионов Африки, Ближнего Востока и Австралии 2200 кВт•ч/м². Таким образом, количество солнечной радиации существенно различается в зависимости от времени года и географического положения. Это необходимо учитывать при использовании солнечной энергии.

1.3. Фотоэлектрические преобразователи

Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии в электрическую (ФЭП) являются наиболее перспективными среди нетрадиционных, возобновляемых источников электрической энергии. Они эффективно используются на космических аппаратах в качестве источников электроэнергии (солнечные батареи) и зарекомендовали себя как надежные, экологически чистые источники электроэнергии. В наземной энергетике ФЭП широко примененяются в сельском хозяйстве и в быту, начиная от питания калькуляторов и часов до создания центральной солнечной электростанции. Модульное строение солнечных батарей позволяет создавать источники электропитания на различную мощность и напряжение, что обеспечивает преимущество перед другими поставщиками электроэнергии. Для повышения мощности установки солнечные элементы, как правило, объединяют в модули – солнечные батареи. В зависимости от количества ФЭП и используемой технологии создаются модули с различными параметрами и характеристиками. Мощность солнечных модулей (СМ) измеряется в ваттах. Ведущие мировые компании Sun Power, BP Solar, Sharp, Sanyo и др. производят СМ мощностью от 10 до 300 Вт. Солнечные модули в комплексе с другими комплектующими (контроллерами заряда, аккумуляторными батареями, инверторами) объединяют в автономные системы энергообеспечения (АСЭ). До недавнего времени автономные системы энергообеспечения встречались лишь в отдаленных от центральных сетей энергообеспечения районах, как правило в сельской местности либо в местах, не имеющих доступа к центральной сети. Однако в последнее время масштабы использования данного источника энергии серьезно расширились.Все чаще автономные системы энергообеспечения встречаются в населенных пунктах с полноценным энергообеспечением .

Автономные системы энергообеспечения на основе солнечной энергии – превосходное решение производства электричества независимо от вашего местонахождения. Энергия солнца может быть успешно использована как в крупномасштабных проектах, так и для небольших систем энергообеспечения. В некоторых регионах фотоэлементы повышают конкурентоспособность систем, подключенных к электросети. Однако главное – что и в отдаленных, и в подсоединенных к электросетям местностях фотоэлектрические системы вырабатывают чистую энергию, получение которой не сопровождается загрязнением окружающей среды, в отличие от привычных электростанций.В последние годы энергия солнца активно используется в промышленности, быту и сельском хозяйстве. При постоянно растущей стоимости электроэнергии использование АСЭ становится все более целесообразным. Многие промышленные и сельскохозяйственные компании уже ощутили экономическую эффективность использования АСЭ. Фирмы стремятся уменьшить зависимость от монополизированного рынка электроэнергии, снизить себестоимость продукции и увеличить эффективность путем использования АСЭ. С использованием новейших технологий солнечной альтернативной энергии компаниям предоставляется прекрасная возможность снизить стоимость производственных процессов и зависимость от производителей электроэнергии. Наибольшую долю рынка АСЭ занимает частный сектор (около 60%). Владельцы частных домов и коттеджей активно используют ее в быту. Многие системы, установленные в частном секторе, способны работать в режиме полной автономии вне зависимости от центральной энергосети и даже генерировать энергию для ее дальнейшей продажи в центральную энергосеть. Подобные программы приняты во многих странах Западной Европы и в США, что существенно стимулирует развитие отрасли в этих странах.

1.4 Фотоэнергетика в мире

Современный мировой рынок фотоэнергетики – это вполне сложившийся, быстроразвивающийся и постоянно растущий на 25-30% в год сегмент мировой экономики. Это обусловлено практической направленностью национальных программ высокоразвитых стран: 100 тыс. «солнечных крыш» в Германии, более 200 тыс. – в Японии, 1 млн – в США; выделением 3 млрд евро в ЕС на развитие фотоэнергетики до 2010 года.

Согласно прогнозам EPIA, объем фотоэнергосистем в 2020 г. превысит 50 ГВт, т.е. за 20 лет объем рынка увеличится в 140 раз (в 2000 г. было произведено 280 МВт).

Фотоэнергетика экономически рентабельна уже сейчас. Например, для обеспечения электроэнергией автономных потребителей, для низковольтного электрообеспечения (дежурное освещение, датчики, сенсоры и др.) Предполагается, что в скором времени цена одного солнечного кВт•ч сравняется с ценой одного кВт•ч, производимого на угольных станциях. Солнечное электричество будет доминирующим источником энергии с долей приблизительно 60% к концу века благодаря практически неистощаемому ресурсу энергии – Солнцу. В 2008 г. установленная мощность АСЭ достигла рекордного значения в 15 ГВт – рост в 65% по сравнению с 2007 годом (9,2 ГВт).

По данным EPIA, рынок альтернативной солнечной энергетики вырос более чем в 2 раза – с 2,9 ГВт в 2007 г. до 5,95 ГВт в 2008 г. (годовой рост 110%).

На европейские страны приходится 81% от общей доли рынка альтернативной солнечной энергетики.


Рис. 2 Прогноз спроса/предложения на солнечные модули до 2012 года, ГВт


Рис. 3 Димнамика роста мировой установленной мощности

АСЭ 2001-2008г., ГВт


Рис 4 Динамика спроса на продукцию солнечной энергетики 1999-2008 г., ГВт


Рис. 5  Мировая установленная мощность АСЭ в 2008 г., ГВт

Рынок Испании вырос на 285%, тем самым сместив позиции Германии и США на второе и третье место соответственно. Существенный рост наблюдается в Южной Корее, Италии и Японии. По данным EPIA, суммарная мировая установленная мощность АСЭ на 2008 г. распределена следующим образом: Испания 2,46 ГВт, Германия 1,86 ГВт, США 0,36 ГВт, страны Европы 0,31 ГВт, Южная Корея 0,28 ГВт, Италия 0,24 ГВт, Япония 0,23 ГВт и остальные страны, в том числе и Россия, 0,21 ГВт. По данным консалтингового агентства Solarbuzz LCC в 2008 г. мировая производственная мощность ФЭП составила 6,85 ГВт против 3,44 ГВт годом ранее.

Также наблюдается рост коэффициента производствен ных мощностей до 67% против 64% годом ранее. Новейшие тонкопленочные технологии для производства СМ также показали существенный рост до 0,89 ГВт (123%).

1.5.Перспективы развития отрасли в России

Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. И в России наибольший теоретический потенциал, более 2000 млрд т условного топлива (т у.т.), имеет солнечная энергия. Несмотря на такой большой потенциал, в новой энергетической программе России вклад возобновляемых источников определен в очень малом объеме. В России солнечная энергетика пока мало востребована. Однако потенциал для ее использования в России есть, особенно это касается Краснодарского края и Ставрополья, восточных регионов (Якутии, Магаданской области). Во многих областях Сибири и на юге страны число солнечных дней в году достигает трехсот. Этот показатель сопоставим с климатическим состоянием Южной Европы, где фотоэлектрические установки используются активно. При этом необходимо учитывать, что среднегодовые поступления солнечного излучения во многих южных районах России больше, чем в Германии, Италии и Испании. Солнечная энергетика полезна и для тех регионов, которые слишком дорого подключать к единой энергосистеме (отдаленные районы Восточной Сибири и Дальнего Востока). Россия расположена между 41 и 82 градусами с.ш., и уровни солнечной радиации на ее территории существенно варьируются. По оценкам, солнечная радиация в отдаленных северных районах составляет 810 кВт•ч/м² в год, тогда как в южных районах она превышает 1300 кВт•ч/м² в год. Наблюдаются большие сезонные колебания в приходе солнечной энергии. Например, на широте 55° суточный приход солнечной радиации в январе 1,69, а в июле – 11,41 кВт•ч/м². Существует обширная картографическая и табличная база данных по ресурсам солнечной энергии в России.


Рис. 6 Динамика роста производства ФЭП, ГВт/год


Рис.7 динамика роста производства пленочных СМ, МВт/год

,


Рис. 8 Распределение солнечной радиации по территории России

На территории России выпадает не так уж мало солнечных часов – от 1500 до 2000 и более в год. Причем в Сибири и на Дальнем Востоке их не меньше, чем в Краснодарском крае. Для России широкое использование фотоэнергетики имеет большое значение. Сейчас более 10 млн граждан России живут без централизованного электрообеспечения. Даже если для 1 млн граждан будет использована фотоэнергетика (на каждого гражданина ~2 кВт•ч/сут.), необходимо установить более 500 МВт пиковой мощности фотоэнергосистем. Вторым огромным российским потенциальным потребителем фотоэнергетики является сельскохозяйственный сектор, который самостоятельно способен потреблять сотни мегаватт пиковой энергии солнечных батарей в год. Если к этому добавить уже естественно нарождающийся рынок автономных фотоэнергосистем для навигационного обеспечения, систем телекоммуникаций, систем для курортно-оздоровительного и туристического бизнеса, коттеджей, уличных солнечных фонарей и т.д., то суммарно потребности в России в солнечных батареях могут составить более 1 ГВт/год. Прежде чем ставить солнечные батареи для выработки электричества, необходимо рассчитать эффективность применения данного метода. Ниже приведена таблица помесячного поступления солнечной радиации для некоторых городов, построенная по данным спутников NАSА. В ясную погоду на 1м² земной поверхности в среднем падает 1000 Ватт световой энергии солнца. В зависимости от местности солнечная энергия поступает неравномерно из-за облачности в пасмурную погоду: есть места, где солнце светит 320-350 дней в году, а есть такие места, где солнца не бывает вообще.

Автономные солнечные энергосистемы могут быть успешно использованы в городах и районах с централизованным энергоснабжением. В развитых странах солнечная энергетика активно используется для автономного освещения подъездов жилых домов, рекламных щитов, для уличного и домашнего освещения. Многие объекты малого и среднего бизнеса используют солнечные системы для минимизации издержек в процессе производства и эксплуатации своих объектов.

1.6. Принцип работы солнечных батарей

Ключевым элементом солнечной батареи является так называемый кремниевый фотогальванический элемент или фотоэлемент, который преобразует видимый солнечный свет, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение в электричество. Как и все гениальное, принцип работы такого элемента несложный.

                                 

Рис.9 схема солнечной батареи

Основой устройства является поверхность соприкосновения двух типов кремния, которые предусматривает конструкция фотоэлемента. Поскольку верхняя часть элемента прозрачна, солнечный свет без препятствий падает непосредственно на кремний. Положительный электрод сделан в виде ребер жесткости из металла, которые соединяют проводами. Отрицательный электрод  представляет собой металлическую подложку, которая в свою очередь находится в контакте с кремниевыми пластинами фотоэлемента.

При попадании солнечного света на поверхность фотоэлемента, между двумя типами кремния возникает разница так называемых потенциалов или электрическое напряжение. При подключении к элементу нагрузки сила тока возрастает пропорционально яркости солнечного света, вплоть до определенного критического значения. При усилении интенсивности освещения сила тока достигает максимума и выравнивается. Такой максимум называется током насыщения. Отношение вырабатываемой электроэнергии к силе света падающего на фотоэлемент называется коэффициентом преобразования или коэффициентом полезного действия (КПД).

Для конструирования солнечной батареи не нужно чего-то особенного. Фотоэлектрические ячейки (один фотоэлемент) можно объединить в последовательно-параллельные соединения, повышая тем самым выходную мощность всей панели. Когда несколько фотоэлементов соединяются в цепь последовательно, их выходное напряжение увеличивается. Когда такие конструкции далее подсоединяются параллельно, их максимальная сила тока эквивалентна произведению максимальной силы тока одной ячейки или их последовательной комбинации, на количество таких ячеек или их последовательных комбинаций. При этом максимальная мощность последовательно-параллельного соединения одинаковых ячеек эквивалентна произведению максимальной мощности каждой ячейки на количество ячеек.

Таким образом, если последовательно соединенные ячейки представляют собой фотоэлектрический модуль, то несколько таких модулей, соединенных параллельно, образуют солнечную фотоэлектрическую панель или, в простонародье, солнечную батарею. [4]

1.7 Типы солнечных батарей.

Солнечные модули из монокристаллического кремния.

Рис.10 солнечная панель из монокристаллического кремния

КПД солнечной панели на основе монокристаллического кремния составляет 14-17%.

Монокристаллические элементы имеют наивысшую эффективность преобразования энергии. Основной материал -крайне чистый кремний, из которого изготовлены монокристаллические солнечные панели, хорошо освоен в области производства полупроводников. Кремниевый монокристалл растет на семени, которое медленно вытягивается из кремниевого расплава. Стержни, полученные таким путем, режутся на части толщиной от 0,2 до 0,4 мм . Монокристаллические солнечные батареи представляют собой бокс из стеклопластика и алюминия. Под крепким стеклом располагаются монокристаллы кремния. Панели последнего поколения имеют специальное полированное стекло, которое более устойчиво к накоплению пыли на своей поверхности. Иногда же, панели имеют покрытие из рифленого стекла – за счет этого обеспечивается меньшее отражение света падающего под непрямым углом, а значит повышается эффективность солнечных батарей при утреннем и вечернем освещении.

Солнечные модули из поликристаллического кремния

Рис.11 Солнечные панель из поликристаллического кремния.

КПД солнечной панели на основе поликристаллического кремния составляет 10-12%.

Солнечные поликристаллические модули имеют отличное соотношение качества и стоимости, которое осуществимо благодаря более дешевому производственному процессу. Такие модули отличаются на вид от остальных вследствие случайной структуры кристаллов элементов.
Имеют более низкий КПД, чем монокристаллический, а также менее стабильны во времени. Однако стоят дешевле монокристалических, так как имеют преимущества лучшего заполнения площади модуля.

Солнечные модули из аморфного кремния

Рис.12 Солнечная панель из аморфного кремния.

КПД солнечной панели на основе аморфного кремния составляет 6-8%.

Аморфный кремний получается при помощи «техники испарительной фазы», когда тонкая пленка кремния осаждается на несущий материал и защищается покрытием. В отличие от кристаллического материала, здесь нет структурированного положения атомов, поэтому у аморфного кремния хуже полупроводниковые свойства и, следовательно, меньше КПД преобразования света.

Эффективность аморфных модулей составляет порядка 8%, поэтому их требуется значительно большее количество, чем кристаллических модулей. Однако для производства элементов необходимо гораздо меньше кремния, и он может быть нанесен практически на любую поверхность - стекло, металл или другой материал. [5]

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1.Снятие вольтамперных характеристик солнечной батареи

Для исследований была взята солнечная батарея SOL5N  фирмы  Velleman.

Основные характеристики солнечного модуля:

  •  мощность: 1,5 Вт (максимальная)
  •  Номинальное напряжение: 17.5V
  •  ток: 125 мА (максимальный)
  •  Размеры: 340 х 120 х 14мм
  •  Вес: 0,45 кг

Рис.13 солнечная батарея SOL5N  фирмы  Velleman

Рис. 14 Принципиальная схема для снятия вольтамперных характеристик.

Принцип работы системы: регулируя сопротивление на переменном резисторе, меняется ток и напряжение, и фиксируются показания амперметра и вольтметра.

На рисунке 15 изображена вольтамперная характеристика солнечной панели SOL5N. Каждому графику соответствует разная освещенность.

  Рис.15     График  вольтамперной характеристики солнечной панели SOL5N

 

По графикам на рисунке 16 видно, что максимальная мощность достигается при значениях напряжения 15-15,5 В.

Рис.16 графики зависимости выходной мощности от напряжения

Каждой точке на графике 17 соответствует максимальная сила тока и напряжения, каждого, из 6 графиков. Из графика следует, что оптимальное напряжение для этой солнечной панели составляет порядка 15В.

Рис.17 графики зависимости оптимального силы тока  от оптимального напряжения.

Рис.18 Зависимость вырабатываемой энергии от времени суток для двух положений солнечного элемента.

С 8 часов до 930 чистое небо. Разница в зависимости вырабатываемой энергии от угла на уровне ошибки. Нагрузка R-эталонное сопротивление равна 1000 Ом.

По графику видно, для солнечной погоды зависимость угла наклона солнечной панели незначительна. А при облачной погоде угол наклона существенно влияет на вырабатываемую энергию.

Рис. 19  Зависимость напряжения выдаваемой солнечной батареей от времени, снятая 28 марта 2012 г.

На графике (Рис.19) имеется множество провалов, это обусловлено облачной погодой.

2.2 Разработка схемы и сборка опытного образца

Для аккумулирования  солнечной энергии совместно с ст.преподавателем Ивановым А.Л. была составлена схема (рис. 20):

Рис. 20  Понижающий DC/DC преобразователь

Принцип работы преобразователя.

Схема состоит из дросселя L, диода D на входе и конденсатора С на выходе. В качестве ключа используется транзистор, который управляется прямоугольными импульсами с регулированием от широтно-импульсного модулятора с частотой от 40 кГц до 1 МГц.
Рассмотрим работу упрощенной схемы. При замыкании ключа
S происходит заряд конденсатора С через дроссель L. Однако возникающая Э.Д.С. самоиндукция в дросселе L  ограничивает заряд конденсатора С. В этом случае конденсатор С дополнительно подзаряжается через диод D. Напряжение на конденсаторе С зависит от входного напряжения, причем это напряжение будет увеличиваться за счет увеличения длительности импульса, протекающего через ключ S, и уменьшения длительности импульса. Напряжение на выходе транзистора ключа S является усредненным на выходе фильтра LC и доходит до нагрузки. Цикл работы происходит в два этапа; на первом - транзистор открыт - энергия приводит к нагрузке с одновременным увеличением энергии в магнитном поле дросселя. На втором этапе транзистор закрыт - энергия, запасенная в дросселе, передается на нагрузку через диод D.

2.3Применение DC/DC преобразователя для аккумулирования солнечной энергии

Для проверки работоспособности опытного образца была собрана схема:

Рис.21 схема для подключения солнечного элемента и  DC/DC преобразователя для зарядки аккумулятора

Принцип зарядки аккумуляторной батареи: через солнечный элемент идет ток в DC/DC преобразователь, там преобразовывается в выходные 12В и идет на зарядку аккумулятора. Амперметр служит для наблюдения  тока поступающего на аккумулятор, вольтметр, соответственно, для наблюдения напряжения на аккумуляторе.

Данные, полученные при зарядке аккумулятора, приведены в таблице 1 и на рисунке 22.

Таблица 1. Значения напряжения и силы тока при зарядке аккумулятора

      

Рис. 22 График зависимости напряжения на аккумуляторе от времени.

Аккумулятор был разряжен до 8В, после чего, соединив солнечную батарею и DC/DC, преобразователь аккумулятор был заряжен до 12.13В.

Рис. 23 График зависимости мощности поступающей на аккумулятор от времени.

2.4 Теоретическое обоснование экспериментальных данных

В ходе данной работы были сняты вольт-амперные характеристики солнечной батареи SOL5N. По полученным данным найдена максимальная мощность вырабатываемой солнечной батареей, которая достигается при значениях напряжения 15-15,5 В.  

Была выявлена зависимость вырабатываемой энергии от погодных условий и угла наклона солнечной панели. Для солнечной погоды эта зависимость незначительна. А при облачной погоде угол наклона существенно влияет на вырабатываемую энергию.

Выводы

В данной работе были изучены основные характеристики солнечной батареи SOL5N и получены следующие результаты:

  •  найдены максимальные мощности для каждого из графиков; найдено оптимальное напряжение для данной солнечной батареи;
  •  был собран прибор, выдающий на выходе устройства напряжение 12В. Это говорит о том, что данный прибор можно использовать в качестве зарядного устройства;
  •  произведена зарядка аккумулятора с помощью преобразователя напряжения;

Так же была исследована зависимость вырабатываемой энергии от погодных условий и от освещенности. Проведенные эксперименты указывают на необходимость дальнейших исследований в области солнечной энергетики. В частности, влияния пыли, оседающей на солнечные панели на вырабатываемую энергию.

Исходя из полученных данных, можно предположить, что применение солнечной энергетики в Чувашской республике является перспективным.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает большую благодарность научному руководителю Кочакову Валерию Даниловичу и старшему преподавателю Иванову Анатолию Леонидовичу за оказанную помощь в написании дипломной работы, младшему научному сотруднику Васильеву Алексею Ивановичу и аспиранту Смирнову Александру Вячеславовичу за предоставление необходимого оборудования, без которых выполнение данной дипломной работы было бы невозможным.

литература

  1.  Метеостатистика Чувашской республики,  http://chuvashia-meteo.ru/
  2.  Альтернативный киловатт, http://www.akw-mag.ru/content/view/70/35/
  3.  В. А. Лигачев, А. И. Попов Лабораторная работа Спектральная чувствительность и  вольт-амперная характеристика  солнечного элемента,1999
  4.  СуперОкс, http://www.superox.ru/solar_bat.htm
  5.  ООО “DAVTEX”, http://solncedom.ru/index/solnechnye_batarei/0-16
  6.  Элементы солнечных батарей и дополнительные компоненты. Сайт: Аккумуляторы, батарейки и другие источники питания http://www.powerinfo.ru/solar-cell.php
  7.  "Кремниевые солнечные батареи" Глиберман А.Я., Зайцева А.К., 1961 г., Госэнергоатомиздат. 
  8.  

Приложение 1

Вольтамперные характеристики солнечного элемента

Приложение 2

Погодные условия Чувашской Республики

Продолжительность солнечного сияния в Чувашской республике в среднем за год составляет 1900-1950 часов и равна 46% от возможной.

Климат республики умеренно-континентальный. Зимы в республике холодные, лето достаточно теплое. Средняя температура января (самого холодного месяца в году) составляет -13°С, средняя температура самого теплого месяца в Чувашии, июля, составляет +19°С. Среднегодовое количество осадков на территории республики – 450-500 мм в год.

В республике преобладают ветры южных и западных направлений. Средняя скорость ветра колеблется от 3,6 до 5 м/с. Наиболее сильные ветры наблюдаются в холодное время годы (с декабря по март). Самая низкая скорость ветра отмечается в июле-августе.

Метеостатистика Чувашской республики

Чебоксары располагаются на широте — 56° 08’ с.ш

Москва,Котельническая наб,широта 55.7

яянв

ффевр

ммарт

аапр

ммай

ииюнь

ииюль

аавг

ссент

оокт

ннояб

ддек

ггод

Горизонтальная панель

16.4

34.6

79.4

111.2

161.4

166.7

166.3

130.1

82.9

41.4

18.6

11.7

1020.7

Вертикальная панель

21.3

57.9

104.9

93.5

108.2

100.8

108.8

103.6

86.5

58.1

38.7

25.8

908.3

Наклон панели - 40.0°

20.6

53.0

108.4

127.6

166.3

163.0

167.7

145.0

104.6

60.7

34.8

22.0

1173.7

Вращение вокруг полярной оси

21.7

62.3

132.9

161.4

228.0

227.8

224.8

189.2

126.5

71.6

42.2

26.0

1514.3

Температура воздуха

Месяц

Абс. минимум

Средний минимум

Средняя

Средний максимум

Абс. максимум

январь

-46.8 (1942)

-17.5

-12.9

-9.3

4.2 (2001)

февраль

-39.9 (1930)

-16.0

-10.7

-8.7

5.0 (1990)

март

-31.7 (1963)

-9.9

-5.1

-2.2

11.0 (1937)

апрель

-25.6 (1963)

0.1

4.3

8.5

29.5 (1950)

май

-6.5 (1918)

7.4

12.6

18.4

33.4 (1921)

июнь

-1.4 (1892)

12.0

16.6

23.3

37.5 (1921)

июль

2.6 (1926)

14.2

18.8

25.6

38.6 (2010)

август

1.6 (1932)

12.5

16.6

23.1

39.9 (2010)

сентябрь

-6.5 (1996)

7.2

10.6

16.1

32.3 (1951)

октябрь

-23.4 (1920)

0.7

3.1

7.0

23.4 (1915)

ноябрь

-36.6 (1890)

-6.6

-3.4

0.7

16.0 (1998)

декабрь

-43.9 (1978)

-13.4

-9.1

-7.2

7.0 (2008)

год

-46.8 (1942)

-0.8

3.7

7.9

39.9 (2010)

Месяц

Норма

Месячный минимум

Месячный максимум

Суточный максимум

январь

30

0 (1933)

68 (1976)

16 (2010)

февраль

24

0 (1984)

83 (1966)

18.0 (1995)

март

24

2 (1886)

75 (1961)

20.0 (1883)

апрель

35

0.2 (1908)

98 (1919)

79.2 (1919)

май

40

0.8 (1930)

114 (1989)

57.8 (1983)

июнь

66

10 (1951)

217 (1978)

74.8 (1944)

июль

71

4 (1938)

161 (1942)

120.7 (1899)

август

64

0 (1972)

153 (1941)

61.2 (1964)

сентябрь

54

4 (1992)

136 (1995)

118.0 (1995)

октябрь

53

0 (1987)

141 (1989)

45.1 (1923)

ноябрь

43

5 (1935)

108 (1882)

22.6 (1967)

декабрь

38

4 (1935)

108.3 (2010)

33.1 (1907)

год

554

0 (1933)

217 (1978)

120.7 (1899)

Число дней с твердыми, жидкими и смешанными осадками

Вид осадков

янв

фев

мар

апр

май

июнь

июнь

авг

сен

окт

ноя

дек

год

твердые

19

15

11

3

0.2

0

0

0

0.3

4

12

18

83

смешанные

2

2

3

3

0.4

0.2

0

0

0.5

4

5

3

23

жидкие

0.3

0.4

1

7

10

12

12

11

12

10

3

1

80

Скорость ветра, м/с

янв

фев

мар

апр

май

июн

июл

авг

сен

окт

ноя

дек

год

4.1

3.9

3.6

3.6

3.4

3.1

2.7

2.8

3.2

3.9

4.2

4.1

3.6

Повторяемость различных направлений ветра, %

направл.

янв

фев

мар

апр

май

июн

июл

авг

сен

окт

ноя

дек

год

С

8

8

8

9

13

15

16

14

11

12

7

5

10

СВ

6

6

5

7

11

11

10

10

6

5

4

3

7

В

6

7

8

10

10

10

10

11

8

4

5

8

8

ЮВ

17

16

17

15

9

10

10

10

11

9

12

16

12

Ю

27

24

27

23

14

14

12

12

17

21

27

29

20

ЮЗ

12

11

12

13

10

9

9

9

13

16

18

15

12

З

15

16

13

14

18

15

16

17

18

18

18

15

16

СЗ

10

10

6

8

13

15

16

14

14

15

9

8

11

штиль

12

13

15

11

12

15

19

17

15

10

8

10

13

январь

апрель

июль

октябрь

Влажность воздуха, %

янв

фев

мар

апр

май

июн

июл

авг

сен

окт

ноя

дек

год

83

81

79

72

59

65

69

70

75

81

87

85

75

Снежный покров

месяц

сен

окт

ноя

дек

янв

фев

мар

апр

май

июн

число дней

0

3

20

28

30

27

30

10

0

0

высота (см)

0

0

4

15

28

38

38

8

0

0

макс.высота (см)

0

20

29

58

124

122

139

150

8

0

Облачность, баллов

месяц

янв

фев

мар

апр

май

июн

июл

авг

сен

окт

ноя

дек

год

общая

7.3

6.6

6.4

6.2

5.7

6.0

5.6

5.6

6.6

7.8

8.4

7.9

6.7

нижняя

4.6

3.6

3.5

3.2

3.0

3.3

3.3

3.4

4.0

5.9

6.6

5.4

4.1

Число ясных, облачных и пасмурных дней

янв

фев

мар

апр

май

июн

июл

авг

сен

окт

ноя

дек

год

Общая облачность

ясных

3

4

5

5

4

3

4

5

3

2

1

2

40

облачных

10

10

12

13

18

18

18

17

14

9

7

9

169

пасмурных

17

13

14

12

9

9

9

8

12

19

20

19

149

Нижняя облачность

ясных

11

13

15

15

14

12

13

13

10

6

5

8

127

облачных

12

10

11

11

14

16

16

14

14

13

11

12

164

пасмурных

8

5

5

4

2

2

3

3

4

11

13

10

67

Число дней с различными явлениями

явление

янв

фев

мар

апр

май

июн

июл

авг

сен

окт

ноя

дек

год

дождь

2

2

4

10

10

12

12

11

13

14

8

4

103

снег

21

16

15

6

0.6

0.2

0

0

0.8

9

17

21

106

туман

0.9

1

2

2

0.2

0.3

0.5

0.4

1

2

3

1

16

гроза

0

0

0

0.5

3

6

7

5

1

0.03

0

0

23

роса

0

0

0.1

2

8

10

14

14

12

3

0.4

0

63

иней

6

5

6

5

0.9

0.07

0

0.1

2

5

5

4

38

метель

8

6

4

1

0

0

0

0

0.03

1

4

6

30

поземок

11

8

5

0.5

0

0

0

0

0

0.4

3

8

36

гололед

0.9

0.7

0.4

0.3

0

0

0

0

0

0.4

2

2

6

изморозь

5

5

3

0.2

0

0

0

0

0

0.1

2

5

21

PAGE  2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81953. Республика Беларусь в системе мирохозяйственных связей. Внешняя торговля Республики Беларусь 46.47 KB
  Для того чтобы определить, насколько Беларусь интегрирована в систему мирохозяйственных связей, необходимо оценить степень вовлеченности республики в систему международного разделения труда и международного обобществления производства страны путем участия в МРТ, выяснить ее место и роль...
81954. Звезды и их эволюция 47.05 KB
  Поверхностный взгляд найдет сходство между звездами и планетами. Ведь и планеты при наблюдении простым глазом видны как светящиеся точки различной яркости. Планеты изменяют свое положение на небе, перемещаются из одного созвездия в другое и за год успевают пройти значительный путь...
81955. Электроснабжение механического цеха 93.42 KB
  Работа приемников электроэнергии зависит от ее качества. Качество электроэнергии и, в частности, например: отклонение напряжения, вызывает изменение скорости движения электроприводов, что уменьшает или увеличивает производительность механизмов.
81956. Значення й методи аналізу майна підприємства. Основні показники оцінки майнового стану підприємства 40.13 KB
  Неодмінною складовою переходу України до ринкових відносин є створення нових підприємницьких структур та приватизація підприємств. Цей перехід зумовив еволюцію відносин власності і типів субєктів господарювання в напрямку забезпечення їх розмаїття.
81957. Расчет экономической эффективности восстановления детали 1.09 MB
  В процессе работы любой машины происходит износ ее деталей. Это естественное изнашивание носит закономерный характер и происходит в результате трения сопрягаемых поверхностей деталей, тепловых и химических воздействий среды, изменения физико-механических свойств материала деталей вследствие старения и усталости.
81958. Современные средства обучения и технического оснащения классов в современной школе 134.5 KB
  Средства обучения – обязательный элемент оснащения образовательного процесса. Наряду с целями, содержанием, формами и методами обучения средства обучения являются одним из главных компонентов дидактической системы.
81959. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ В РАБОВЛАДЕЛЬЧЕСКОМ ОБЩЕСТВЕ 107 KB
  Особенности развития физической культуры в Древнем Риме. Физическая культура в государстве достигшем наивысшей ступени развития в эпоху древнего мира относится к числу наиболее противоречивых проблем истории физической культуры.
81960. Единица величины, основной принцип измерения, результат измерения 90.58 KB
  Таким образом получение информации о значениях физической величины как некоего числа принятых для нее единиц и есть главная задача измерений. А вторые неаддитивные величины прямо не измеряются так как они преобразуются в непосредственное измерение величины или измерение путем косвенных измерений.
81961. Рыцари периода сервантесовской Испании. Пародийность рыцарского романа «Хитроумный идальго Дон Кихот Ламанчский» 45.12 KB
  Роман по своей форме является пародией на рыцарские романы, очень популярные в то время. Роман, состоит из двух частей, при всем единстве фабулы существенно отличающихся друг от друга. Однако основным моментом содержания является описание окружающего общества, социальной несправедливости, и все это в форме рыцарского романа.