A energia solar é a fonte de energia renovável mais limpa e disponível. A tecnologia moderna pode aproveitar esta energia para uma variedade de usos, incluindo produção de eletricidade, fornecimento de luz e aquecimento de água para aplicações domésticas, comerciais ou industriais.
A energia solar também pode ser usada para atender às nossas necessidades de eletricidade. Por meio de células solares fotovoltaicas (SPV), a radiação solar é convertida em eletricidade DC diretamente. Essa eletricidade pode ser usada como está ou pode ser armazenada na bateria. Neste artigo veremos tudo sobre a energia solar. Vejamos passo a passo:
Célula solar fotovoltaica (SPV):
Uma célula solar fotovoltaica ou solar é um dispositivo que converte luz em corrente elétrica usando o efeito fotoelétrico. Os SPVs são usados em muitas aplicações, como sinais ferroviários, iluminação pública, iluminação doméstica e alimentação de sistemas de telecomunicações remotos.
Possui uma camada de silício tipo p colocada em contato com uma camada de silício tipo n e a difusão de elétrons ocorre do material tipo n para o material tipo p. No material do tipo p, existem lacunas para aceitar os elétrons. O material tipo n é rico em elétrons, então, pela influência da energia solar, os elétrons se movem do material tipo n e na junção p-n, combinam-se com buracos. Isso cria uma carga em ambos os lados da junção p-n para criar um campo elétrico . Como resultado disso, um sistema semelhante a um diodo se desenvolve, o que promove o fluxo de carga. Esta é a corrente de deriva que equilibra a difusão de elétrons e lacunas. A área em que a corrente de deriva ocorre é a zona de esgotamento ou região de carga espacial que não possui os portadores de carga móvel.
Portanto, no escuro, a célula solar se comporta como um diodo de polarização reversa. Quando a luz incide sobre ela, como um diodo, a célula solar polariza e a corrente flui em uma direção do ânodo para o cátodo como um diodo. Normalmente, a tensão de circuito aberto (sem conectar a bateria) de um painel solar é superior à sua tensão nominal. Por exemplo, um painel de 12 volts fornece cerca de 20 volts na luz solar forte. Mas quando a bateria é conectada a ele, a voltagem cai para 14-15 volts. As células solares fotovoltaicas (SPV) são feitas de materiais extraordinários chamados semicondutores, por exemplo, o silício, que atualmente é o mais usado. Essencialmente, quando a luz atinge a célula, uma certa parte dela é absorvida pelo material semicondutor. Isso significa que a energia da luz absorvida é transferida para o semicondutor.
As células solares fotovoltaicas também têm um ou mais campos elétricos que agem para forçar os elétrons liberados pela absorção de luz a fluir em uma determinada direção. Esse fluxo de elétrons é uma corrente e, ao colocar contatos de metal nas partes superior e inferior da célula SPV, podemos extrair essa corrente para utilizar remotamente. A voltagem das células define a energia que a célula solar pode produzir. O processo de conversão de luz em eletricidade é chamado de efeito solar fotovoltaico (SPV). Uma série de painéis solares converte a energia solar em eletricidade DC. A eletricidade DC então entra em um inversor. O inversor transforma eletricidade DC em eletricidade AC de 120 volts necessária para eletrodomésticos.
Painel solar:
Um painel solar é uma coleção de células solares. O painel solar converte a energia solar em energia elétrica. O painel solar usa material ôhmico para interconexões e também para terminais externos. Assim, os elétrons criados no material do tipo n passam pelo eletrodo até o fio conectado à bateria. Através da bateria, os elétrons alcançam o material do tipo p. Aqui, os elétrons se combinam com os buracos. Portanto, quando o painel solar é conectado à bateria, ele se comporta como outra bateria, e os dois sistemas estão em série, como duas baterias conectadas em série.
A saída do painel solar é a sua potência medida em watts ou quilo watts. O painel solar com diferentes classificações de saída está disponível como 5 watts, 10 watts, 20 watts, 100 watts etc. Portanto, antes de selecionar o painel solar, é necessário descobrir a potência necessária para a carga. Watt-hora ou Quilowatt-hora são usados para calcular o requisito de energia. Como regra geral, a potência média é igual a 20% da potência de pico. Portanto, cada quilo watt de pico de painel solar fornece uma potência de saída que corresponde à produção de energia de 4,8 kWh / dia. Isso é 24 horas x 1 kW x 20%.
O desempenho do painel solar depende de uma série de fatores, como clima, condições do céu, orientação do painel, intensidade e duração da luz solar e suas conexões de fiação. Se a luz solar for normal, um painel de 12 volts e 15 watts fornece cerca de 1 ampere de corrente. Se mantido adequadamente, um painel solar durará cerca de 25 anos. É necessário projetar a disposição do painel solar na parte superior do telhado. Normalmente está disposto voltado para o leste em um ângulo de 45 graus. O arranjo de rastreamento solar também é usado para girar o painel conforme o sol se move de leste para oeste. A conexão da fiação também é importante. Fio de boa qualidade com bitola suficiente para lidar com a corrente garantirá o carregamento adequado da bateria. Se o fio for muito longo, a corrente de carga pode reduzir. Como regra, o painel solar é colocado a uma altura de 10-20 pés do nível do solo. Recomenda-se a limpeza adequada do painel solar uma vez por mês. Isso inclui a limpeza da superfície para remover a poeira e umidade e a limpeza e reconexão dos terminais.
O painel solar tem um total de quatro etapas de processo de sobrecarga, sob carga, bateria fraca e condição de descarga profunda, vamos todos eles.
Do circuito abaixo, usamos um painel solar sendo uma fonte de corrente usada para carregar a bateria B1 via D10. Enquanto a bateria fica totalmente carregada, o Q1 conduz a partir da saída do comparador. Isso resulta em Q2 para conduzir e desviar a energia solar através de D11 e Q2 de modo que a bateria não fique sobrecarregada. Enquanto a bateria está totalmente carregada, a tensão no ponto catódico de D10 aumenta. A corrente do painel solar é desviada via D11 e o dreno e fonte MOSFET. Enquanto a carga é usada pela chave, a operação Q2 geralmente fornece um caminho para o negativo, enquanto o positivo é conectado ao CC por meio da chave no evento de sobrecarga. A operação correta da carga em condições normais é indicada por enquanto o MOSFET Q2 conduz.
Aplicação de Energia Solar:
Circuito inferior, para controlar a intensidade, as lâmpadas LED podem ser alimentadas com ciclo de trabalho variável a partir de uma fonte CC. O conceito de controle de intensidade ajuda a economizar energia elétrica. Os LEDs são usados em combinação com transistores de acionamento adequados do microcontrolador devidamente programados para uma aplicação prática.
A fim de demonstrar o mesmo de uma fonte de 12 Vcc, 4 LEDs em série fazem uma string com 8 * 3 = 24 strings são conectadas em série com um MOSFET atuando como um interruptor. O MOSFET pode ser IRF520 ou Z44. Cada LED é um LED branco e opera a 2,5 V. Assim, 4 LEDs em série precisam de 10v. Portanto, um resistor é conectado com 10 ohms, 10 watts em série com os LEDs, onde a tensão de equilíbrio cai de 12v, limitando a corrente para uma operação segura dos LEDs.
Por exemplo, as luzes LED usadas para fins de iluminação pública são LIGADAS ao anoitecer com intensidade total até as 23h com 99% do ciclo devidamente para os LEDs, ou seja, 1% do ciclo de trabalho do controlador. A cada hora que avança a partir das 23h, o ciclo de trabalho para LEDs desce de 99% progressivamente, de modo que pela manhã o ciclo de trabalho ON atinge 10% de 99% e, finalmente, a zero, o que significa que as luzes estão DESLIGADAS de manhã, ou seja, ao amanhecer ao anoitecer. A operação se repete novamente desde o anoitecer com intensidade total até 23h a partir das 18h e às 12h00 é 80% do ciclo de trabalho, 1 hora 70%, 2 horas 60%, 3 horas 50%, 4 horas relógio 40% e assim por diante até 10% e finalmente DESLIGADO ao amanhecer.
A intensidade do LED muda de acordo com a modulação da largura de pulso, conforme mostrado na fig.
