4.5 Progetto: Sistema di energia solare
4.5.1 Descrizione
Il pannello solare converte l’energia solare in elettricità per il LED. È adatto a molteplici applicazioni, come l’illuminazione esterna, la ricarica di dispositivi mobili e l’alimentazione di riserva. Pertanto, è possibile stabilire un sistema di energia solare sofisticato ed efficiente in base alle proprie esigenze.
4.5.2 Principio di funzionamento
Come fa il pannello solare a convertire l’energia solare in elettricità?
Il pannello solare assorbe la luce e converte direttamente o indirettamente la radiazione solare in elettricità. Rispetto alla normale produzione di energia da carbone, l’energia solare, eolica e idrica sono più efficienti dal punto di vista energetico e rispettose dell’ambiente.
Come si converte la luce in elettricità?
Successivamente, parliamo del processo di conversione dall’interno all’esterno in un pannello solare.
Il Sole emette energia in onde con un’ampia gamma di lunghezze d’onda, dall’ultravioletto al visibile all’infrarosso.
Lunghezza d’onda dell’ultravioletto: 150~400nm;
Lunghezza d’onda della luce visibile: 400~760nm;
Lunghezza d’onda della luce infrarossa: 760~4000nm;
Il pannello assorbe una di queste gamme di lunghezze d’onda e le converte in elettricità. Ma come? Andiamo avanti.
La parte attiva della maggior parte delle celle dei pannelli solari è fatta di un semiconduttore — il silicio (Si).
La conduttività di un semiconduttore è tra quella di un conduttore e di un isolante a temperatura atmosferica. Generalmente, non conduce bene, ma la sua conduttività migliora in determinate condizioni.
Il diagramma sopra mostra la struttura interna del semiconduttore nella cella solare, che è divisa in tre strati:
Lo strato superiore (parte rossa) è costituito da Silicio (Si) e un po’ di Fosforo (P). Quest’ultimo trasporta più elettroni del primo, fornendo elettroni sufficienti per lo strato superiore. A causa di questi elettroni che si muovono liberamente, questo strato è conduttivo, quindi è chiamato Negativo o di tipo N.
Lo strato intermedio (parte grigia) contiene troppo pochi elettroni per condurre.
Lo strato inferiore (parte verde) include principalmente Silicio (Si) e Boro (B). Quest’ultimo trasporta meno elettroni del primo, in modo che pochissimi elettroni si muovano liberamente, causando la mancanza di elettroni che sono descritti come carica positiva efficace. Pertanto, questo strato è chiamato Positivo o di tipo P.
Di solito, solo lo strato intermedio del pannello solare assorbe onde luminose con lunghezza d’onda di 350~1140nm. Secondo la distribuzione dello spettro nei paragrafi precedenti, gli assorbimenti sono ultravioletti a onda lunga, infrarossi a onda corta e luce visibile.
La lunghezza d’onda dell’ultravioletto è così corta che si ferma sulla superficie.
La lunghezza d’onda della luce infrarossa è troppo lunga per essere assorbita dal pannello, quindi di solito passa attraverso o viene riflessa.
Lo strato intermedio assorbe la luce e stacca gli elettroni dal silicio nello strato superiore, lasciandoli in uno stato libero, e si generano buchi elettronici vuoti nel punto in cui si trovavano prima.
I buchi portano una carica positiva. Nel frattempo, gli elettroni liberi si muovono verso l’alto per raggiungere lo strato di tipo N, mentre i buchi si muovono verso il basso per raggiungere lo strato di tipo P.
In conclusione, gli elettroni negli strati superiore e inferiore vengono espulsi dopo che lo strato intermedio ha assorbito l’energia solare. Pertanto, lo strato di tipo N porta carica negativa come polo negativo, mentre lo strato di tipo P è caricato positivamente come polo positivo. In questo caso, finché i due strati sono collegati, conduce.
Se la luce solare colpisce il pannello solare, la situazione di cui sopra durerà e verrà prodotta una grande quantità di elettroni liberi e buchi. Come la nostra conclusione, gli elettroni si muovono verso l’alto mentre i buchi si muovono verso il basso, il che forma i due poli e genera corrente.
L’energia solare è una fonte di energia alternativa, che si caratterizza per la sostenibilità e l’economicità.
Tuttavia, l’elettricità generata da un pannello solare può essere convertita in diversi watt di potenza, il che è sufficiente per una calcolatrice o un caricabatterie per cellulare, ma non abbastanza per alimentare un tostapane da un kilowatt.
I sistemi di energia solare soddisfano le esigenze di diversi utenti e beneficiano anche l’ambiente. Combinato con la programmazione KidsBlock, questo tipo di sistema costruisce una varietà di applicazioni solari utili ed efficienti, come illuminazione automatica, caricabatterie e case intelligenti.
In generale, l’energia solare promette bene per un futuro meraviglioso e sostenibile.
4.5.3 Parametri
Tensione: 5V
Corrente: 80mA
Potenza: 400mW
Dimensioni: 60*60mm
4.5.4 Risultato del test
I codici non sono richiesti in questo progetto. È importante, impariamo a conoscere la nuova energia ambientale — l’energia solare.
Quando viene fornita una buona illuminazione, il LED si accenderà in giallo. Più luminosa è la luce, più luminoso sarà il LED.
4.5.5 FAQ
D: Perché il pannello solare funziona ancora senza luce solare?
R: Funziona non solo con la luce solare ma anche con la luce ambientale. Più luminosa è la luce, maggiore sarà la tensione e più luminoso sarà il LED.