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


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.


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.


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


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.


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.


7/17

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.


8/17

Solarna elija

8

Slika 3. Razliiti tipovi solarnih elija


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.


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


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


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


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


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


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.


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


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


Amorfne Si

elije


dokumentacija solarna_celija

Documents