4.5 Proyecto: Sistema de Energía Solar
4.5.1 Descripción
El panel solar convierte la energía solar en electricidad para el LED. Es adecuado para múltiples aplicaciones, como iluminación exterior, carga de dispositivos móviles y energía de respaldo. Por lo tanto, puede establecer un sistema de energía solar sofisticado y eficiente según sus propias necesidades.
4.5.2 Principio de funcionamiento
¿Cómo convierte el panel solar la energía solar en electricidad?
El panel solar absorbe la luz y convierte directa o indirectamente la radiación solar en electricidad. En comparación con la generación de energía de carbón ordinaria, la energía solar, eólica e hidráulica son más eficientes energéticamente y respetuosas con el medio ambiente.
¿Cómo se convierte la luz en electricidad?
A continuación, hablemos del proceso de conversión de dentro hacia fuera en un panel solar.
El Sol emite energía en ondas con un amplio rango de longitudes de onda, desde ultravioleta hasta luz visible e infrarroja.
Longitud de onda ultravioleta: 150~400nm;
Longitud de onda de luz visible: 400~760nm;
Longitud de onda de luz infrarroja: 760~4000nm;
El panel absorbe uno de estos rangos de longitud de onda y los convierte en electricidad. ¿Pero cómo? Sigamos adelante.
La parte activa de la mayoría de las células de los paneles solares está hecha de un semiconductor — silicio (Si).
La conductividad de un semiconductor se encuentra entre la de un conductor y la de un aislante a temperatura ambiente. Generalmente, no conduce bien, pero su conductividad mejora en ciertas condiciones.
El diagrama anterior muestra la estructura interna del semiconductor en la célula solar, que se divide en tres capas:
La capa superior (parte roja) consta de Silicio (Si) y un poco de Fósforo (P). Este último transporta más electrones que el primero, proporcionando suficientes electrones para la capa superior. Debido a estos electrones que se mueven libremente, esta capa es conductora, por lo que se denomina Negativa o de tipo N.
La capa intermedia (parte gris) contiene muy pocos electrones para conducir.
La capa inferior (parte verde) incluye principalmente Silicio (Si) y Boro (B). Este último transporta menos electrones que el primero, de modo que muy pocos electrones se mueven libremente, lo que provoca la falta de electrones que se describen como carga positiva efectiva. Por lo tanto, esta capa se denomina Positiva o de tipo P.
Normalmente, solo la capa intermedia del panel solar absorbe ondas de luz con una longitud de onda de 350~1140nm. Según la distribución del espectro en los párrafos anteriores, las absorciones son ultravioleta de onda larga, infrarrojo de onda corta y luz visible.
La longitud de onda del ultravioleta es tan corta que se detiene en la superficie.
La longitud de onda de la luz infrarroja es demasiado larga para ser absorbida por el panel, por lo que generalmente pasa a través o se refleja.
La capa intermedia absorbe la luz y expulsa electrones del silicio en la capa superior, dejándolos en un estado libre, y se generan huecos de electrones vacíos en el lugar donde estaban antes.
Los huecos tienen una carga positiva. Mientras tanto, los electrones libres se mueven hacia arriba para alcanzar la capa de tipo N, mientras que los huecos se mueven hacia abajo para alcanzar la capa de tipo P.
En conclusión, los electrones en las capas superior e inferior son expulsados después de que la capa intermedia absorbe la energía solar. Por lo tanto, la capa de tipo N lleva carga negativa como polo negativo, mientras que la capa de tipo P está cargada positivamente como polo positivo. En este caso, siempre que las dos capas estén conectadas, conduce.
Si la luz solar incide sobre el panel solar, la situación anterior se mantendrá y se producirá una gran cantidad de electrones y huecos libres. Como indica nuestra conclusión, los electrones se mueven hacia arriba mientras que los huecos se mueven hacia abajo, lo que forma los dos polos y genera corriente.
La energía solar es una fuente de energía alternativa, que se caracteriza por su sostenibilidad y rentabilidad.
Sin embargo, la electricidad generada por un panel solar se puede convertir en varios vatios de potencia, lo que es suficiente para una calculadora o un cargador de teléfono móvil, pero no es suficiente para hacer funcionar una tostadora de un kilovatio.
Los sistemas de energía solar satisfacen las necesidades de diferentes usuarios y también benefician al medio ambiente. Combinado con la programación KidsBlock, este tipo de sistema construye una variedad de aplicaciones solares útiles y eficientes, como iluminación automática, cargadores y hogares inteligentes.
En general, la energía solar promete un futuro maravilloso y sostenible.
4.5.3 Parámetros
Voltaje: 5V
Corriente: 80mA
Potencia: 400mW
Dimensiones: 60*60mm
4.5.4 Resultado de la prueba
No se requieren códigos en este proyecto. Es importante destacar que aprendemos sobre la nueva energía ambiental — la energía solar.
Cuando se proporciona una buena iluminación, el LED se encenderá en amarillo. Cuanto más brillante sea la luz, más brillante será el LED.
4.5.5 Preguntas frecuentes
P: ¿Por qué el panel solar sigue funcionando sin luz solar?
R: Funciona no solo con la luz solar sino también con la luz ambiental. Cuanto más brillante sea la luz, mayor será el voltaje y más brillante será el LED.