ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN Thuyền chạy bằng năng lượng mặt trời. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Nguồn năng lượng thay thế Khía cạnh nhận thức trong thiết kế của một chiếc thuyền như vậy là làm quen với sự phát triển thực tế của quang điện. Bản chất không liên tục của ánh sáng mặt trời đòi hỏi nhiều mạch điện phải sử dụng pin, và do đó chúng ta có năng lượng điện khi cần chứ không phải khi mặt trời chiếu sáng. Một trong những vấn đề chính khi sử dụng pin là quản lý dòng sạc: việc sạc pin quá mức có thể dẫn đến hỏng pin. Cho đến nay, để đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ pin lâu dài, bộ điều chỉnh sạc đã được sử dụng hoặc dòng điện đầu ra của mảng năng lượng mặt trời bị hạn chế. Trong chương này, bạn sẽ làm quen với một phương thức hoạt động mới của các tấm pin mặt trời, đó là cơ chế tự điều chỉnh của chúng. Khi sử dụng chúng, không cần bộ điều chỉnh dòng sạc của pin. Ắc quy axit chì Chế độ tự điều chỉnh của pin năng lượng mặt trời bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các đặc tính của pin axit-chì, vì vậy theo tôi, bạn cần phải làm quen sơ qua về nguyên lý hoạt động của chúng. Một ắc quy axit-chì bao gồm hai tấm chì được ngâm trong dung dịch axit sunfuric yếu. Trong trường hợp này, một phản ứng điện hóa thuận nghịch diễn ra, do đó có thể tích điện. Chúng tôi sẽ chỉ quan tâm đến quá trình sạc. Trong quá trình xả, các ion sunfat của dư lượng axit được hấp thụ từ dung dịch bởi các tấm chì. Khi một dòng sạc chạy qua các tấm, năng lượng điện sẽ "kéo" các ion sunfat trở lại dung dịch. Sau khi pin nhận được khoảng 80% điện tích ban đầu, cân bằng hóa học bên trong tế bào bắt đầu thay đổi. Chì từ muối bị khử dần thành kim loại nguyên chất. Kết quả tương tự như việc đặt hai thanh kim loại trong dung dịch nước, khi các điều kiện tuyệt vời được tạo ra cho quá trình điện phân. Trong thực tế, đây là những gì xảy ra. Quá trình điện phân đi kèm với việc giải phóng các bong bóng oxy và hydro, tức là cái gọi là hiệu ứng "sôi" của pin. Gọi hiệu ứng này là tiến hóa khí thì đúng hơn. Chính sự thoát khí dẫn đến sự xuống cấp của ắc quy chì-axit. Nếu không có hành động nào được thực hiện, tế bào cuối cùng sẽ bị hỏng. Để tránh hư hỏng, cần phải giảm dòng sạc ngay khi bắt đầu xả khí. Bộ điều chỉnh phí phục vụ mục đích này. Bạn có thể giảm dòng sạc bằng cách sử dụng điện trở mắc nối tiếp với pin. Một phần năng lượng điện bị tiêu tán trong điện trở này dưới dạng nhiệt, dẫn đến dòng điện sạc giảm. Một phương pháp khác, thường được sử dụng: một điện áp không đổi được duy trì trên pin và cường độ dòng điện có các giá trị khác nhau. Vì cường độ dòng điện phụ thuộc vào sự khác biệt giữa điện áp trên pin và điện áp sạc, nên có thể điều chỉnh tốc độ sạc bằng cách thay đổi điện áp. Tương tự, trong hệ thống điện của ô tô sử dụng bộ điều chỉnh điện áp, ắc quy được sạc liên tục. Thật không may, việc sử dụng bộ điều chỉnh điện áp khi pin được sạc đầy sẽ khiến thời gian sạc tăng lên. Với số giờ nắng hạn chế trong ngày, đương nhiên sẽ có rất ít thời gian để sạc. Bạn có thể đã đoán rằng giải pháp lý tưởng là kết hợp bộ điều chỉnh dòng điện và bộ điều chỉnh điện áp trong một thiết bị duy nhất. Sạc bắt đầu với một dòng điện lớn mà không có bất kỳ giới hạn điện áp nào. Khi pin đạt đến giai đoạn xả khí, thiết bị sẽ giảm dòng điện và chuyển sang chế độ điều chỉnh điện áp. Pin lưu trữ lượng điện tích tối đa trong thời gian ngắn nhất, đồng thời loại bỏ khả năng sạc pin quá mức. Về mặt đồ họa, chu kỳ sạc lý tưởng được thể hiện trong Hình. 1. Bảng điều khiển năng lượng mặt trời tự điều chỉnh Bây giờ chúng ta có thể xem xét các đặc tính của pin mặt trời silicon, được hiển thị trong Hình. 1 (đường cong trên cùng).
Như bạn đã biết, pin mặt trời silicon là một máy phát điện. Bất kể điện áp trước khi uốn cong, dòng điện luôn không đổi. Điện áp trên phần tử được xác định bởi điện trở tải. Khi điện trở tải giảm, sẽ đến lúc dòng điện không còn là yếu tố quyết định. Phần này của đường cong được gọi là "đầu gối". Ở điện áp cao trên điện trở tải, định luật bảo toàn năng lượng và vật lý lượng tử phát huy tác dụng và dòng điện giảm. Chúng ta hãy chú ý đến thực tế này, vì đó là ý nghĩa của việc tự điều chỉnh pin năng lượng mặt trời. Điểm chuyển tiếp này về đặc tính của pin mặt trời là rất quan trọng trong việc xem xét sau đây. Trên thực tế, nó tách biệt hai chế độ hoạt động của pin năng lượng mặt trời. Phía trên nó, máy phát điện mặt trời hoạt động như một máy phát điện và bên dưới nó, nó tương đương với một bộ điều chỉnh điện áp. Nếu chúng ta so sánh biểu đồ của một bộ sạc lý tưởng với đường cong điện áp hiện tại của pin mặt trời (Hình 1), chúng ta có thể thấy rằng hai đường cong này rất giống nhau. Trên thực tế, chúng gần như đồng dạng. Do đó, việc liên kết cả hai đặc điểm với nhau là điều hoàn toàn tự nhiên. Bằng cách phối hợp điểm uốn của đường cong điện áp dòng điện của pin mặt trời với thời điểm pin bắt đầu hết khí, có thể đạt được hiệu quả tự điều chỉnh. Hãy quay trở lại một ví dụ điển hình. Giả sử rằng quá trình bắt đầu với pin axit-chì được xả hoàn toàn. Bây giờ hãy kết nối nó với một máy phát điện năng lượng mặt trời tự điều chỉnh. Khi bảng điều khiển năng lượng mặt trời được chiếu sáng, pin bắt đầu sạc. Khi bắt đầu quá trình, điện áp pin thấp (<10 V). Trong trường hợp này, pin năng lượng mặt trời hoạt động ở khu vực phía trên "đầu gối" ở chế độ máy phát điện hiện tại. Nói cách khác, pin nhận được dòng điện tối đa mà tấm pin mặt trời có thể tạo ra, giúp đạt được mức sạc nhanh cần thiết. Khi điện tích tích tụ trong các tế bào pin, điện áp bắt đầu tăng dần. Hãy nhớ cách chúng tôi tận dụng sự gia tăng này trong thiết kế điều chỉnh phí. Chúng ta có thể làm như vậy một lần nữa. Nếu chúng ta kết hợp điện áp nạp khí, bắt đầu ở mức 12,6V trong pin 12V, với điện áp đầu gối của đường cong V/A của pin mặt trời, chúng ta có thể giảm dòng điện sạc. Giả sử rằng pin đã đạt đến giai đoạn xả khí, chúng tôi quan sát thấy rằng bảng điều khiển năng lượng mặt trời thoát khỏi chế độ ổn định hiện tại. Bây giờ, việc tăng mức sạc của pin và điện áp trên nó sẽ buộc tấm pin mặt trời hoạt động ở chế độ điều chỉnh điện áp. Kết quả là dòng sạc sẽ giảm. Điện tích trên pin càng lớn, điện áp tĩnh càng lớn và điểm vận hành trên đặc tính của pin mặt trời càng di chuyển đến khu vực bên dưới "đầu gối". Sự gia tăng điện áp được theo sau bởi sự giảm tương ứng trong dòng điện đầu ra của mảng năng lượng mặt trời. Vào thời điểm pin được sạc đầy, điểm vận hành đã dịch chuyển xa về bên phải theo đặc điểm là bây giờ chỉ có một dòng điện cung cấp nhỏ chạy từ pin mặt trời. Nó nhỏ đến mức pin có thể duy trì ở trạng thái này bao lâu tùy thích mà không sợ bị sạc quá mức. Tại thời điểm này, điện áp của pin là 13,2 V. Mọi thứ vẫn ở vị trí này cho đến khi chúng tôi sử dụng hết năng lượng được lưu trữ trong pin. Khi các tế bào giải phóng năng lượng, điện áp trên pin giảm tương ứng và điểm vận hành dịch chuyển theo hướng ngược lại dọc theo đường cong vôn-ampe. Cường độ của dòng sạc từ pin mặt trời sẽ phụ thuộc vào mức độ giảm điện áp trên pin, tức là vào lượng năng lượng tiêu thụ tỷ lệ thuận với giá trị này. Vì vậy, chúng tôi đã đạt được mục tiêu, bây giờ chúng tôi có một máy phát điện năng lượng mặt trời tự điều chỉnh. hiệu ứng nhiệt độ Tấm năng lượng mặt trời tự điều chỉnh có một đặc tính rất bất ngờ: nó tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ. Rất ít vật thể xung quanh chúng ta không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Pin mặt trời và pin cũng không ngoại lệ. Điện tích được lưu trữ trong pin chì-axit thông qua phản ứng hóa học rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ. Nhiệt độ môi trường càng cao thì phản ứng xảy ra càng nhanh. Trong thực tế, điều này có nghĩa là trong điều kiện thời tiết lạnh hơn, cần có điện áp sạc cao hơn. Với bộ điều khiển sạc thông thường, việc theo dõi nhiệt độ luôn là một vấn đề. Không thể giải quyết nó bằng các phương pháp đơn giản và bất kỳ phương pháp phức tạp nào ít nhiều sẽ dẫn đến sự phức tạp và tăng chi phí thiết kế.
Sự phụ thuộc nhiệt độ của đặc tính dòng điện-điện áp của pin mặt trời silicon bù cho các đặc tính nhiệt độ của pin axít chì. Việc giảm nhiệt độ thực sự khiến máy phát điện năng lượng mặt trời hoạt động hiệu quả hơn. Do những ảnh hưởng khác nhau đến thể tích của chất bán dẫn, thành phần điện áp bị ảnh hưởng mạnh nhất. Đây chính xác là những gì cần thiết cho pin. Khi nhiệt độ bên ngoài giảm xuống, điện áp đầu ra của pin mặt trời tăng lên (chính là lúc ắc quy cần nhiều điện áp sạc hơn). Ngoài ra, khi hoạt động trong phạm vi nhiệt độ thông thường, sự phụ thuộc nhiệt độ của các đặc tính của pin năng lượng mặt trời và pin lưu trữ rất phù hợp với nhau (Hình 2) đến mức không cần có biện pháp bổ sung nào để vận hành thành công các loại pin này trong một thiết bị chung . Xuồng máy Đã đến lúc cho phần thú vị của câu chuyện của chúng tôi. Hãy để mảng năng lượng mặt trời tự điều chỉnh hoạt động* cho chúng tôi ngay bây giờ. Đối với thiết kế này, một chiếc thuyền máy điện nhỏ đã được chọn. Đó là một chiếc thuyền bơm hơi bằng cao su do Metzeler sản xuất. Chiều dài của nó là 2,7 và chiều rộng của nó là 1,2 m, sự ổn định của thuyền được đảm bảo bởi hai xi lanh kiểu phao cách nhau, và đáy phẳng đóng vai trò là một "cabin" rộng rãi.
Với tốc độ nước thấp (9,4 km/h), chiếc thuyền này rất phù hợp để câu cá hoặc chỉ để đi dạo trong một ngày nắng đẹp. Các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên mái che để bảo vệ hành khách khỏi tia nắng mặt trời (Hình 3). Ngoài việc cung cấp năng lượng cho động cơ điện của thuyền, hệ thống quang điện còn có thể cung cấp năng lượng cho đài phát thanh, hệ thống chiếu sáng hoặc máy bơm nước. Xây dựng Chúng tôi bắt đầu mô tả của chúng tôi với một chiếc thuyền. Mặc dù có nhiều loại thuyền để lựa chọn nhưng tôi chọn thuyền phao bơm hơi vì hai lý do. Đầu tiên, nó là bơm hơi. Điều này có nghĩa là nó có thể di động và xì hơi để dễ dàng cất giữ. Thứ hai, thuyền bơm hơi là loại thuyền chắc chắn, ổn định, có thể sử dụng lâu dài. Sau đây, tôi sẽ giải thích chi tiết cách thức chuyển đổi năng lượng mặt trời được thực hiện trên chiếc thuyền đặc biệt này. Nếu bạn biết nhiều về thuyền hơn tôi và muốn lắp tấm pin mặt trời lên một loại thuyền khác, hãy sử dụng các đề xuất sau đây. Các tấm pin mặt trời được lắp đặt đầu tiên. Trong thiết kế này, các tấm pin mặt trời M-61 của ARCO Solar, Inc. đã được sử dụng. loại tự điều chỉnh. Mỗi pin M-61 có công suất 25 W được chế tạo theo cấu trúc ở dạng bảng dài 120 cm, rộng 30 cm và dày 4 cm, chứa 30 ô tròn đơn tinh thể có đường kính 10 cm. cho điện áp 14,1 V và dòng điện 1,75 A. Nếu bạn muốn tự làm một tấm pin mặt trời, hãy cố gắng đảm bảo rằng pin của bạn có cùng đặc điểm. Đảm bảo rằng các tấm pin mặt trời hoàn toàn không thấm nước: sẽ có nhiều hơi ẩm! Đối với chuyển động của thuyền, sẽ cần bốn tấm pin mặt trời với các đặc điểm được chỉ định. Đặt chúng thành một hàng trên bảng 120x120 cm2 và kết nối chúng song song. Tổng cường độ dòng điện của 7 pin mắc song song là 14 A và hiệu điện thế là XNUMX V. Tấm năng lượng mặt trời được gắn vào boong bằng khung ống nước PVC đường kính 4 cm (Schedule-40). Ống nhựa là một vật liệu tuyệt vời cho những mục đích như vậy; nó bền, rẻ, nhẹ và quan trọng nhất là không bị ăn mòn. Khung ống được thực hiện theo sơ đồ thể hiện trong hình. 4. Các kết nối 90° được thực hiện bằng khuỷu tay và khung trên cùng được gắn với tees.
Cần có bốn trụ, mỗi trụ dài khoảng 120 cm. Các đầu dưới của hai trụ phía trước được nối với nhau bằng khớp nối, như có thể thấy trong Hình. 3, nghỉ ngơi dưới đáy thuyền ngay trước ghế trước. Hai trụ sau được kết nối giống nhau và cố định ở băng ghế sau. Cắt các đoạn ống nhựa có độ dài cần thiết bằng cưa sắt và lắp ráp khung, điều chỉnh các bộ phận vào vị trí. Mặc dù trong hình. 4 là kích thước chính xác (tính bằng cm) và chỉ được sử dụng làm hướng dẫn. Việc lắp đặt cuối cùng được thực hiện trên thuyền. Khung đỡ của tấm pin năng lượng mặt trời phải vừa khít giữa các phao khi được lắp đặt vào vị trí dưới đáy thuyền. Khi bạn chắc chắn rằng mọi thứ đã được thực hiện chính xác, hãy dán các bộ phận lại với nhau bằng keo PVC sạch có chứa dung môi nhựa. Khi hai phần nhựa được dán lại với nhau, một liên kết được hình thành bền vững như chính vật liệu ban đầu. Tetrahydrofuran được sử dụng làm dung môi cho PVC. Khi làm việc với nó, cần nhớ rằng nó độc hại, giống như hầu hết các dung môi khác. Cần phải làm việc với keo này một cách nhanh chóng, nó không để lại thời gian để suy ngẫm. Do đó, trước khi dán, hãy chuẩn bị và đặt tất cả các chi tiết. Keo không quá hai phần cùng một lúc và đợi keo đông kết hoàn toàn trước khi tiến hành kết nối tiếp theo. Sau đó bắt vít các mảng năng lượng mặt trời lại với nhau thành một đơn vị 1,5 m2. Với mục đích này, có những lỗ đặc biệt trên viền kim loại của pin. Giữa các pin phải để lại một khoảng trống nhỏ để giảm sức gió của cấu trúc. Miếng đệm có thể được sử dụng để tách pin. Sau đó, tấm pin mặt trời được đặt trên khung đỡ và buộc bằng dây hoặc dây thừng ít nhất bốn điểm ở mỗi bên và nơi các pin được vặn vào nhau. Tốt hơn là không nên tiết kiệm dây, nếu không pin của bạn sẽ rơi xuống nước sau một cơn gió mạnh. Một động cơ điện nặng khoảng 13 kg được dùng làm động cơ thuyền. Các động cơ điện tương tự được sản xuất bởi nhiều công ty khác nhau, chẳng hạn như Montgomery Ward và Sears. Động cơ thuyền được cung cấp gắn vào một cái ách bằng gỗ sẽ dễ dàng hỗ trợ một động cơ điện nhỏ, vì thiết kế được thiết kế cho công suất thấp lên đến 4 mã lực. Với. (khoảng 3 kW). Động cơ điện được cung cấp bởi pin axit-chì 12 volt. Đây là một cục pin gồm các tế bào gel, tương tự như được mô tả trong Chương. 14 loại. Về cơ bản, tế bào gel tương tự như tế bào axit-chì thông thường với chất điện phân lỏng. Tuy nhiên, không phải chất lỏng mà là chất điện phân Jell-O đặc, có độ đặc của thạch, được đổ vào tế bào gel. Việc sử dụng pin gel thay vì pin hàng hải tiêu chuẩn là do không bị rò rỉ chất điện phân. Ngay cả khi thuyền bị lật (điều chưa bao giờ xảy ra), axit sẽ không tràn ra ngoài. Vì các tấm pin mặt trời có khả năng tự điều chỉnh nên điều duy nhất cần thiết là kết nối chúng với pin lưu trữ, từ đó nối với động cơ điện. Mọi thứ đều rất đơn giản! Mục đích của các tấm pin mặt trời tự điều chỉnh năng lượng mặt trời trong thiết kế này là gì? Một mặt, những loại pin như vậy đơn giản hóa thiết kế và tăng độ tin cậy. Đây là lý do chính. Mặt khác, điều này đã cho tôi cơ hội để chứng minh cho bạn thấy một tính chất nữa của các tấm pin mặt trời. Khả năng của thuyền Các tấm pin mặt trời có hoạt động tốt không? Vâng, tôi thú nhận: trong hình. 3 bạn thấy không phải là thuyền của tôi, nó thuộc về Gary Zanstecher (ngồi trong đó), người mà tôi dành cơ hội để giải thích xem nó có tốt không. Đây là ý kiến của anh ấy: "Đây là loại thuyền chắc chắn, dễ vận chuyển và lắp ráp. Thuyền thường neo đậu ở Marina del Rey. Chúng tôi sử dụng vào cuối tuần và khi rảnh rỗi. Do đặc điểm của nó, thuyền phát triển tốc độ 9,4 km / h. Khi lái xe, động cơ tiêu thụ 25 A, do đó, pin có dung lượng 80 Ah là đủ cho khoảng 3 giờ hoạt động. Tuy nhiên, cần phải nhớ rằng đồng thời có quá trình sạc lại liên tục từ pin mặt trời. Tôi đã chèo thuyền 4-5 giờ liên tục và chưa bao giờ bị thiếu điện. Tất nhiên, tôi chỉ sử dụng thuyền vào những ngày nắng. Thuyền neo đậu ít nhất một tuần giữa các chuyến đi để các tấm pin mặt trời có đủ thời gian sạc pin. Hãy nhìn xem, các tấm pin mặt trời không hướng về phía mặt trời. Thật không khôn ngoan khi làm điều này, vì thuyền liên tục thay đổi hướng và hướng di chuyển. Pin được gắn theo chiều ngang và tất nhiên, hầu hết thời gian không tạo ra dòng điện đầy đủ. Tuy nhiên, khi mặt trời ở trên cao đường chân trời, chúng hoạt động khá tốt. Pin chỉ được gắn vào ốp nên tháo ra rất nhanh. Chúng khá đắt và tôi không muốn làm mất chúng trong một cơn bão. Đúng như vậy, con thuyền đã chịu được tác động của gió thổi với tốc độ lên tới 56 km / h mà không gặp vấn đề gì. Nói chung phải nói thuyền chạy bằng pin mặt trời là một thứ rất buồn cười”. Tác giả: Byers T. Xem các bài viết khác razdela Nguồn năng lượng thay thế. Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này. Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất: Tiếng ồn giao thông làm chậm sự phát triển của gà con
06.05.2024 Loa không dây Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Một cách mới để kiểm soát và điều khiển tín hiệu quang
05.05.2024
Tin tức thú vị khác: ▪ Thẻ thông minh Nokia Treasure Tag Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới
Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí: ▪ phần công trường Thiết bị hàn. Lựa chọn bài viết ▪ bài báo Tôi đã dựng một tượng đài cho chính mình không phải bằng tay. biểu thức phổ biến ▪ bài viết Trichologists là ai? đáp án chi tiết ▪ trợ lý phòng thí nghiệm bài báo. Mô tả công việc ▪ bài viết Điều chỉnh băng thông. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện ▪ bài viết Làm thế nào để cắn một tấm. bí mật tập trung
Để lại bình luận của bạn về bài viết này: Nhận xét về bài viết: Sergei Tổng dòng điện là 7A .... Các phép đo của động cơ điện cho thấy 9A ở tốc độ thứ nhất và 1A ở tốc độ thứ 14. Thật hấp dẫn khi thêm diện tích lên tới 2X1500 (hai pin 1400X1500A 700,7W = 140A, 14W, hiệu suất 280%, trọng lượng 14kg) và di chuyển ngay cả trong thời tiết nhiều mây với tốc độ khoảng 4-2,5 km.h. Và có ích gì khi mang một cấu trúc nặng trên nóc một chiếc bơm hơi nhẹ, nếu việc sạc lại không đáng kể, dòng điện 3A sẽ làm cạn kiệt pin trong 25 giờ, thay vào đó, nên để toàn bộ cấu trúc năng lượng mặt trời trong bãi đậu xe! Kích thước của bình không tương ứng với độ an toàn - DH quá cao, đơn tinh thể. các tấm dễ vỡ và cần có khung gia cố, tức là nặng khoảng 3 kg. Tất cả các ngôn ngữ của trang này Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web www.diagram.com.ua |