4.5 Projet : Système d’énergie solaire
4.5.1 Description
Le panneau solaire convertit l’énergie solaire en électricité pour la LED. Il convient à de multiples applications, telles que l’éclairage extérieur, la recharge d’appareils mobiles et l’alimentation de secours. Ainsi, vous pouvez établir un système d’énergie solaire sophistiqué et efficace selon vos propres besoins.
4.5.2 Principe de fonctionnement
Comment un panneau solaire convertit-il l’énergie solaire en électricité ?
Le panneau solaire absorbe la lumière et convertit directement ou indirectement le rayonnement solaire en électricité. Comparées à la production d’électricité au charbon ordinaire, l’énergie solaire, éolienne et hydraulique sont plus économes en énergie et respectueuses de l’environnement.
Comment la lumière se convertit-elle en électricité ?
Ensuite, parlons du processus de conversion de l’intérieur vers l’extérieur dans un panneau solaire.
Le Soleil émet de l’énergie sous forme d’ondes avec une large gamme de longueurs d’onde, de l’ultraviolet au visible en passant par la lumière infrarouge.
Longueur d’onde de l’ultraviolet : 150~400nm ;
Longueur d’onde de la lumière visible : 400~760nm ;
Longueur d’onde de la lumière infrarouge : 760~4000nm ;
Le panneau absorbe l’une de ces gammes de longueurs d’onde et les convertit en électricité. Mais comment ? Continuons.
La partie active de la plupart des cellules de panneaux solaires est constituée d’un semi-conducteur — le silicium (Si).
La conductivité d’un semi-conducteur se situe entre celle d’un conducteur et celle d’un isolant à température atmosphérique. Généralement, il ne conduit pas bien, mais sa conductivité s’améliore dans certaines conditions.
Le diagramme ci-dessus montre la structure interne du semi-conducteur dans la cellule solaire, qui est divisée en trois couches :
La couche supérieure (partie rouge) est composée de Silicium (Si) et d’un peu de Phosphore (P). Ce dernier transporte plus d’électrons que le premier, fournissant suffisamment d’électrons pour la couche supérieure. Grâce à ces électrons libres, cette couche est conductrice, elle est donc appelée Négative ou de type N.
La couche intermédiaire (partie grise) contient trop peu d’électrons pour conduire.
La couche inférieure (partie verte) comprend principalement du Silicium (Si) et du Bore (B). Ce dernier transporte moins d’électrons que le premier, de sorte que très peu d’électrons se déplacent librement, ce qui entraîne un manque d’électrons qui sont décrits comme une charge positive effective. Par conséquent, cette couche est nommée Positive ou de type P.
Habituellement, seule la couche intermédiaire du panneau solaire absorbe les ondes lumineuses d’une longueur d’onde de 350~1140nm. Selon la distribution spectrale des paragraphes précédents, les absorptions sont l’ultraviolet à ondes longues, l’infrarouge à ondes courtes et la lumière visible.
La longueur d’onde de l’ultraviolet est si courte qu’elle s’arrête à la surface.
La longueur d’onde de la lumière infrarouge est trop longue pour être absorbée par le panneau, elle passe donc généralement à travers ou est réfléchie.
La couche intermédiaire absorbe la lumière et déloge les électrons du silicium dans la couche supérieure, les laissant à l’état libre, et des trous d’électrons vides sont générés à l’endroit où ils se trouvaient auparavant.
Les trous portent une charge positive. Pendant ce temps, les électrons libres se déplacent vers le haut pour atteindre la couche de type N, tandis que les trous se déplacent vers le bas pour atteindre la couche de type P.
En conclusion, les électrons des couches supérieure et inférieure sont éjectés après que la couche intermédiaire ait absorbé l’énergie solaire. Par conséquent, la couche de type N porte une charge négative en tant que pôle négatif, tandis que la couche de type P est chargée positivement en tant que pôle positif. Dans ce cas, tant que les deux couches sont connectées, elles conduisent.
Si la lumière du soleil éclaire le panneau solaire, la situation ci-dessus persistera, et un grand nombre d’électrons libres et de trous seront produits. Comme notre conclusion l’indique, les électrons se déplacent vers le haut tandis que les trous se déplacent vers le bas, ce qui forme les deux pôles et génère du courant.
L’énergie solaire est une source d’énergie alternative, qui se caractérise par sa durabilité et sa rentabilité.
Cependant, l’électricité générée par un panneau solaire peut être convertie en plusieurs watts de puissance, ce qui est suffisant pour une calculatrice ou un chargeur de téléphone portable, mais pas assez pour faire fonctionner un grille-pain d’un kilowatt.
Les systèmes d’énergie solaire répondent aux besoins de différents utilisateurs et sont également bénéfiques pour l’environnement. Combiné à la programmation KidsBlock, ce type de système permet de créer une variété d’applications solaires utiles et efficaces, telles que l’éclairage automatique, les chargeurs et les maisons intelligentes.
De manière générale, l’énergie solaire promet un avenir merveilleux et durable.
4.5.3 Paramètres
Tension : 5V
Courant : 80mA
Puissance : 400mW
Dimensions : 60*60mm
4.5.4 Résultat du test
Les codes ne sont pas requis dans ce projet. Il est important de noter que nous apprenons sur la nouvelle énergie environnementale — l’énergie solaire.
Lorsqu’un bon éclairage est fourni, la LED s’allumera en jaune. Plus la lumière est vive, plus la LED sera brillante.
4.5.5 FAQ
Q : Pourquoi le panneau solaire fonctionne-t-il toujours sans lumière du soleil ?
R : Il fonctionne non seulement avec la lumière du soleil, mais aussi avec la lumière ambiante. Plus la lumière est vive, plus la tension sera élevée, et plus la LED sera lumineuse.