NÁVOD K OBSLUZE
Obj. č.: 19 80 30
Dodáváme vám tyto, pro uživatele optimální, solární články, které jsou připraveny k provozu a s přiloženou informační brožurou. Tato brožura obsahuje podrobný popis a vysvětlení solární techniky. Navíc obdržíte příklady zapojení, ve kterých je detailně popsáno, jak vytvoříte paralelní a sériová zapojení pro různá napětí a proudy. Solární články jsou vybaveny mosazným spojovacím systémem a šroubovými spoji.
2 Pájecí můstek
Paralelní zapojení vyšší proud
Solární generátor Zapojení pro nabíjení NiCd-aku s proudovým omezením prostřednictvím předřadného odporu Rv. Dioda do 100 mA nabíjecího proudu, typ 1N4148.
Solární generátor
závislé Zapojení pro nabíjení Řízení akumulátoru olověných akumulátorů Dioda do 1 A nabíjecího proudu Typ 1N4001 až 3 A Typ 1N5400
na
světle
bez
OBSAH Strana: Úvod ........................................................................................................................... 3 Voltampérová charakteristika ..................................................................................... 4 Potřebný počet článků pro akumulátory ..................................................................... 5 Proud při přímém slunečním slunci v létě ................................................................... 5 Spektrální citlivost....................................................................................................... 6 Pájení na solárním článku .......................................................................................... 6 Řízení bez akubaterií, závislé na světle ..................................................................... 7 Tipy k montáži ............................................................................................................ 7
3
ÚVOD Již léta se používají křemíkové solární články jako zdroj energie v satelitech a dosahují vysoký stupeň spolehlivosti. Jsou přenosnými zdroji ekologické energie s relativně vysokým stupněm účinnosti a dlouhou životností. Schematické zobrazení schéma solárního generátoru pro přeměnu na elektrický proud ve spojení s nabíjecími akumulátory.
Zadní strana „+“ připojení
(„-„) Připojení na světlocitlivou stranu článku
Solární generátor
Regulátor nabíjení Dioda na ochranu proti vybíjení Akumulátory
Ale také na zemi silně vzrostlo v posledních letech používání solárních článků. Výhodně je možno používat napájení proudem elektrických zařízení a přístrojů na vzdálených místech. Použití se doporučuje vždy tam, kde není možná hospodárná spotřeba energie obvyklými systémy a nebo je technicky nerealizovatelná. Také v amatérské oblasti zažíváme silnou poptávku po solárních generátorech, přičemž existuje velké množství oblastí použití: např. u tranzistorových rádií, LCD-digitálních hodin, radiotelefonních zařízeních, jakož i u napájecích zdrojů pro víkendové domy, kempinkových zařízení, zahradních domů, obytných vozů, oplocení pastvin, plachetnic, bezmotorových letadel, železničních návěstí, závlahových zařízení, sloupů rádiových tísňových volání a podobných účelů.
4 Struktura povrchu různých solárních článků (podle výrobce), jakož i eventuální barevné rozdíly na článku jsou ovlivněny výrobou a nemají žádný vliv na funkci.Jedná se přitom o nejnovější výrobní technologii. (polokrystalický materiál, který je na povrchu patrný) Pro lepší zpracování solárních článků jsou z části (podle výrobce) pocínovány na zadní straně, jakož i na přední straně segmentových drah. Článek je proto snadněji pájitelný, ale i trochu silnější v rozměrech a tím není tak příliš náchylný k lámání. Eventuální přerušení v segmentových drahách nemá žádný vliv na funkci nebo výkon. Pro dosažení dobrých výsledků pájení u nepocínovaných článků je někdy účelnější, na místě odškrábat napařenou, špatně pájitelnou vrstvu, na které se má pájet. Pozor! Nevyvíjejte žádný trvalý tlak na článek, jelikož je velmi křehký. Nezatížený solární článek dodává max. napětí ca. 0,55 V =, zatížení až na 0,35 V odpadá. U napětí článků 0,45 V je vydáván max. výkon. Aby se dospělo k napětí, které je zapotřebí v praktickém použití, musí být do série zapojeno více článků (obr. 1). Napětí bude přitom určeno počtem článků a jejich proud velikostí použitých solárních článků.
VOLTAMPÉROVÁ CHARAKTERISTIKA
Napětí 0,45 V
V
Volnoběžné napětí (Voc) a proud při jmenovitém napětí (0,45 V) – na minimum power point – mají pro uživatele zvláštní význam. Zobrazené voltampérové pole charakteristiky ukazuje typické chování solárního článku při různých intenzitách světla. Stupeň účinnosti solárního článku udává kolik % ozářeného napětí (1000 watt/m2 při plném slunci a jasné obloze = 1 SUN) bude předáno do elektrického výkonu. Také teplota okolí hraje svou roli u solárních článků s ohledem na výkon. Většina uvedených údajů článku se vztahuje na chromatickou teplotu 2800 K a intenzitu záření při bezoblačné obloze, kolmo stojícím slunci a při ca. 25 °C.
5 Jako příkladem znázorňuje tato tabulka změnu výkonu při různé teplotě. Napětí Proud Výkon
Stoupá/klesá o 2mV/°C Stoupá/klesá o 25µA/cm2/°C Stoupá/klesá o 0,3%/°C
Pod/nad 25 °C Pod/nad 25 °C Pod/nad 25 °C
Teplotní rozsah u solárních článků se pohybuje ca. od -65 °C do +125 °C. V praxi jsou solární generátory provozovány většinou ve spojení s NiCd- nebo olověnými bateriemi. Člověk tedy není závislí na kolísání denním světle a má také k dispozici proud během nočních hodin nebo při špatném počasí. Na jeden akumulátorový článek (2 V) se počítá u olověného akumulátoru s 6 solárními články, u NiCd-akumulátoru (1,2 V) se 4-5 solárními články zapojenými v sérii. Navíc se k tomu přidají1-2 solární články k vyrovnání poklesu napětí na diodu na ochranu proti vybíjení. Tato dioda na ochranu proti vybíjení je zapotřebí, aby se zabránilo ve tmě vybíjení akumulátoru prostřednictvím solárních článků.
POTŘEBNÝ POČET ČLÁNKŮ PRO AKUMULÁTORY 1
NiCd-aku
2
NiCd-aku
3
NiCd-aku
4
NiCd-aku
5 8 12 16
Solárních článků Solárních článků Solárních článků Solárních článků
5
NiCd-aku
20 Solárních článků 6 NiCd-aku 21 Solárních článků 10 NiCd-aku 32 Solárních článků Olověný aku 6 18 Solárních V článků Olověný aku 36 Solárních 12 V článků
Když má být nabíjeno i za špatných světelných podmínek, musí být počet solárních článků podstatně zvýšen.
PROUD PŘI PŘÍMÉM SLUNEČNÍM SLUNCI V LÉTĚ 5x 10x 20x 20x 25x 50x 50x 70x 100x
2,5 mm/ca. 2 mA 5 mm/ca. 10 mA 10 mm/ca. 40 mA 17 mm/ca. 85 mA 25 mm/ca. 100 mA 25 mm/ca. 200 mA 50 mm/ca. 440 mA 70 mm/ca. 1,2 mA 100 mm/ca. 1,4 mA
1/1 ½ ¼ 1/8 ¼ ½ 1/1 1/1 1/4
50 mm ∅/ca. 400 mA 50 mm ∅/ca. 200 mA 50 mm ∅/ca. 100 mA 50 mm ∅/ca. 50 mA 76 mm ∅/ca. 280 mA 76 mm ∅/ca. 550 mA 76 mm ∅/ca. 1,2 mA 100 mm ∅/ca. 2,1 mA 100 mm ∅/ca. 500 mA
6 Ke spojení jednotlivých solárních článků se doporučuje měkký, holý, postříbřený měděný drát ∅ 0,2 mm. Nejlépe se ale hodí měkké měděné pásky o šířce ca. 1-4 mm, tloušťce 0,1-0,2 mm nebo také plochá lanka. U standardních článků (n/p-přenos) se nachází negativní připojení na světlocitlivé straně článku. Pozitivní připojení se nachází na zadní straně.
SPEKTRÁLNÍ CITLIVOST Sluneční světlo obsahuje mnoho světelných barev. Barva a relativní síla v každé barvě světla jsou určeny rozměrem vlnové dálky. Typická spektrální citlivost solárních článků je znát z následujícího pole charakteristiky. UV
VIDITELNÉ SVĚTLO
IR
Relativní spektrální citlivost %
100
Vlnová délka, nanometr SPEKTRÁLNÍ CITLIVOST TERESTRICKÝCH SOLÁRNÍCH ČLÁNKŮ SOLAREX
PÁJENÍ NA SOLÁRNÍM ČLÁNKU Bezpodmínečně by se mělo zabránit poškrábání světlocitlivé vrstvy solárního článku. Rovněž je solární článek citlivý na příliš vysokou teplotu pájení. Teplota pájení by proto neměla překročit 250 °C a proces pájení by měl být ukončen v 5-10 sekundách, jelikož zde se pracuje na polovodičových krystalech. Proto použijte k pájení silnou páječku s min. 50 W topného výkonu. Pokud se pájení nepodaří napoprvé, může být po krátké ochlazovací pouze opakováno. Aby se zabránilo elektrickým zkratům P-Npřechodů, nesmí se dostat na čelní stranu solárního článku žádná cínová pájka. Nejlepších výsledků se docílí předchozím pocínováním místa na článku, kde má být připájen přípojný drát. Dobře pocínovaný přípojný drát bude s pájkou přidržován na článku, až se začne cín roztékat. Tento proces musí rychle probíhat, jelikož jemné pokovování kontaktů se v tekutém cínu rozpustí. Jako podklad pro solární články při pájení se nejlépe hodí hladká, čistá dřevěná deska nebo karton!
7 Při pájení s páječkou nesmí být vyvíjen žádný tlak na solární článek, jelikož je křemík velmi křehký materiál! Jinak se rozlomí. Prasklý článek není ovšem ještě nepoužitelný, nýbrž málo výkonný. Rovněž nesmí být připájené dráty mechanicky namáhány. Dioda na ochranu proti vybíjení by neměla být rovněž připájena přímo na solární článek, jelikož mnoho diod má tvrdé přípojné dráty. Solární články mohou být libovolně zapojeny v řadě nebo paralelně tak, aby se mohlo vyvíjet požadované výstupní napětí popř. požadovaný výstupní proud. Pro sériová nebo paralelní zapojení by měly být použity jen články stejné veličiny (viz. obr.).
ŘÍZENÍ BEZ AKUBATERIÍ, ZÁVISLÉ NA SVĚTLE Účinnost solárních článků se zvyšuje a výrobní techniky se vylepšují. Solární články se stávají lehčími a lacinějšími. V mnoha případech se může zcela upustit od baterií. Mohly být použity solární články, které dodávaly veškerou elektrickou sílu, které bylo zapotřebí k tomu, aby mohly být provozovány přístroje na palubě satelitů. Tento pokrok přispěl k otevření dveří neomezeného potenciálu k aplikaci solární technologie v průmyslu a v našem soukromém životě. Při provozu solárních článků bez akubaterií jsou články přímo spojeny se spotřebičem. Většinou jsou proto používány speciální motory, které již pracují s nízkým náběhovým napětím od 0,3 V. 4-5 solárních článků, zapojených do série, vydají již dobrý otáčivý moment, takže může být poháněno bez dalších hraček (viz. obr.). Energie, zachycená ve dne – zejména při slunečním svitu – je akumulována do baterie, aby mohla být kdykoliv opět odebrána. K tomu mohou být použity všechny obvyklé typy akubaterií, které nevyžadují údržbu – přednost se dává olověným akumulátorům (viz. obr.). Olověné akumulátory jsou citlivé na přepětí, NiCd-aku na přetěžovaní propustný proud. Proto musí být učiněna vhodná opatření proti přetěžovacímu propustnému proudu nebo přepětí s předřadným odporem (viz. obr.). U velkých používaných zařízeních je zapotřebí k ustálení napětí při nabíjení použít stabilizátor napětí.
TIPY K MONTÁŽI Při nalepování článků na desku z epoxyesterové pryskyřice nebo skla se nejlépe osvědčila dvojitá lepicí páska. Na každý článek je použit jen jeden malý kus lepicí pásky, který je umístěn ve středu článku. Solární články jsou přilepovány na desku z epoxyesterové pryskyřice nebo skla tak, aby se nedotýkaly. Flexibilní přípojný pásek byl již předem připájen na spodní stranu článku. Přitom se dbá na nejkratší spojení vedení, která ale nesmějí být příliš natažená, jelikož vedení (podmíněno termickým pracováním spodního materiálu) potřebují trochu volnosti pohybu.
8 Aby bylo možno vše chránit před povětrnostními vlivy, musí být použit materiál, který pokud možno neovlivňuje spektrum citlivosti křemíku. Nejvhodnější je skleněná deska příslušné tloušťky, která je společně se solárními články uložena do profilového rámu z hliníku. Aby se zabránilo kondenzování vody, nemělo by být vše neprodyšně uzavřeno. Nejlépe je, když se nechá otevřená spodní strana. Aby se dosáhlo maximálního výkonu měl by být model umístěn kolmo ke slunci.
