4.5 Project: Zonne-energiesysteem
4.5.1 Beschrijving
Zonnepanelen zetten zonne-energie om in elektriciteit voor de LED. Het is geschikt voor meerdere toepassingen, zoals buitenverlichting, het opladen van mobiele apparaten en back-upstroom. Zo kunt u een geavanceerd en efficiënt zonne-energiesysteem opzetten naar uw eigen behoeften.
4.5.2 Werkingsprincipe
Hoe zet een zonnepaneel zonne-energie om in elektriciteit?
Het zonnepaneel absorbeert licht en zet zonnestraling direct of indirect om in elektriciteit. Vergeleken met gewone kolenstroomopwekking zijn zonne-, wind- en waterkracht energiezuiniger en milieuvriendelijker.
Hoe wordt licht omgezet in elektriciteit?
Laten we vervolgens praten over het conversieproces van binnen naar buiten in een zonnepaneel.
De zon zendt energie uit in golven met een breed scala aan golflengten, van ultraviolet tot zichtbaar tot infrarood licht.
Golflengte van ultraviolet: 150~400nm;
Golflengte van zichtbaar licht: 400~760nm;
Golflengte van infrarood licht: 760~4000nm;
Het paneel absorbeert een van deze golflengtebereiken en zet deze om in elektriciteit. Maar hoe? Laten we verdergaan.
Het actieve deel van de meeste zonnepaneelcellen is gemaakt van een halfgeleider — silicium (Si).
De geleidbaarheid van een halfgeleider ligt tussen die van een geleider en een isolator bij atmosferische temperatuur. Over het algemeen geleidt het niet goed, maar de geleidbaarheid verbetert onder bepaalde omstandigheden.
Het bovenstaande diagram toont de interne structuur van de halfgeleider in zonnecellen, die is verdeeld in drie lagen:
De bovenste laag (rode deel) bestaat uit silicium (Si) en een beetje fosfor (P). De laatste bevat meer elektronen dan de eerste, wat voldoende elektronen levert voor de bovenste laag. Door deze vrij bewegende elektronen is deze laag geleidend, vandaar de naam Negatief of N-type.
De middelste laag (grijze deel) bevat te weinig elektronen om te geleiden.
De onderste laag (groene deel) omvat voornamelijk silicium (Si) en boor (B). De laatste bevat minder elektronen dan de eerste, zodat er zelden enkele elektronen vrij bewegen, wat leidt tot het ontbreken van elektronen die worden beschreven als effectieve positieve lading. Daarom wordt deze laag Positief of P-type genoemd.
Gewoonlijk absorbeert alleen de middelste laag van het zonnepaneel lichtgolven met een golflengte van 350~1140nm. Volgens de spectrumverdeling in de vorige paragrafen zijn de absorpties lange golf ultraviolet, korte golf infrarood en zichtbaar licht.
De golflengte van ultraviolet is zo kort dat ze aan het oppervlak stoppen.
De golflengte van infrarood licht is te lang om door het paneel te worden geabsorbeerd, dus het gaat er meestal doorheen of wordt teruggekaatst.
De middelste laag absorbeert licht en slaat elektronen los van silicium in de bovenste laag, waardoor ze in een vrije toestand achterblijven, en er worden lege elektrongaten gegenereerd op de plaats waar ze eerder waren.
De gaten dragen een positieve lading. Ondertussen bewegen vrije elektronen omhoog om de N-type laag te bereiken, terwijl gaten omlaag bewegen om de P-type laag te bereiken.
Concluderend worden elektronen in de bovenste en onderste lagen uitgeslagen nadat de middelste laag zonne-energie heeft geabsorbeerd. Daarom draagt de N-type laag een negatieve lading als negatieve pool, terwijl de P-type laag positief geladen is als positieve pool. In dit geval, zolang de twee lagen verbonden zijn, geleidt het.
Als zonlicht op het zonnepaneel schijnt, zal de bovengenoemde situatie aanhouden, en zal een groot aantal vrije elektronen en gaten worden geproduceerd. Zoals onze conclusie luidt, bewegen elektronen omhoog terwijl gaten omlaag bewegen, wat de twee polen vormt en stroom genereert.
Zonne-energie is een alternatieve energiebron, die duurzaamheid en kosteneffectiviteit kenmerkt.
De elektriciteit die door één zonnepaneel wordt opgewekt, kan echter worden omgezet in enkele watts vermogen, wat voldoende is voor een rekenmachine of een mobiele telefoonoplader, maar lang niet genoeg om een broodrooster van één kilowatt te laten werken.
Zonne-energiesystemen voldoen aan de behoeften van verschillende gebruikers en zijn ook gunstig voor het milieu. Gecombineerd met KidsBlock-programmering bouwt dit soort systeem een verscheidenheid aan nuttige en efficiënte zonnetoepassingen, zoals automatische verlichting, opladers en slimme huizen.
Over het algemeen belooft zonne-energie veel goeds voor een prachtige en duurzame toekomst.
4.5.3 Parameters
Spanning: 5V
Stroom: 80mA
Vermogen: 400mW
Afmetingen: 60*60mm
4.5.4 Testresultaat
Codes zijn niet vereist in dit project. Belangrijk is dat we leren over de nieuwe milieuvriendelijke energie — zonne-energie.
Bij goede verlichting zal de LED geel oplichten. Hoe feller het licht, hoe feller de LED zal zijn.
4.5.5 FAQ
V: Waarom werkt het zonnepaneel nog steeds zonder zonlicht?
A: Het werkt niet alleen met zonlicht, maar ook met omgevingslicht. Hoe feller het licht, hoe groter de spanning zal zijn, en hoe feller de LED zal zijn.