Skillbox


Панели солнечных батарей становятся все более доступными, но, к сожалению, необходимая для них земля и крыша не являются. Чтобы максимизировать эффективность и снизить издержки, важно понять, как оптимизировать размещение солнечных панелей в массиве. В экспериментах концепция, представленная здесь, может иметь более чем тройной выход для данной области. Данные показывают увеличение выпуска продукции на 670%. Это означает, что если у вас есть 100 квадратных футов пространства для солнечных батарей, вы можете перейти от 1 кВт до 6,7 кВт выходной мощности. И он только расширяется оттуда.

Чтобы понять это, мы должны начать с рассмотрения света как волны, а не как частиц. Если бы свет был частицами, и мы хотели оптимизировать его эффективность, мы попытались бы максимизировать площадь на плоскости, перпендикулярной источнику, чтобы собрать как можно больше из этих частиц. Но свет — это волна, вибрация с энергетической разностью потенциалов между точками положительной и отрицательной амплитуды. Поэтому, вместо сбора фотонов в ведре, мы собираемся собирать энергию из волны света, подобно другим известным волнам.

Будучи инженером-звукорежиссером в течение многих лет, я стал свидетелем того, как можно эффективно захватывать звуковые волны. Звуковые волны для данной области лучше всего поглощаются не плоской стеной, а массивом хребтов, известными как студийная пена. В среде звукозаписывающей студии выгодно отражать прямые звуковые волны в клинообразных полостях, чтобы поглощать эту энергию, а не позволять звуку отскакивать от стены, сохраняя при этом большую часть своей энергии. В солнечной батарее, как мы и собираемся найти, аналогично выгодно делать то же самое.

Зная, что свет — волна, мы можем воспользоваться тем же свойством. И учитывая, что свет имеет более высокую частоту, чем звук (0,003-7,5 x 10 14 Гц при 299 000 000 м / с по сравнению с 20 Гц-20 кГц при 343,2 м / с), у нас будет больше отражений на заданное расстояние и, следовательно, больше возможностей для захватить эту энергию. Свет — волна, которая отражает. Каждый раз, когда он отражает, некоторая энергия теряется, а энергия остается. Исходя из этого, мы можем решить ориентировать солнечную конфигурацию так, чтобы она отражалась снова и снова, позволяя многократно захватывать энергию из одного луча света.

Мы будем иметь в виду, что при захвате энергии волны энергия будет уменьшаться на каждом последующем интервале, потому что амплитуда теряется в каждой точке отражения. Это приведет к экспоненциальному уменьшению энергии по отношению к числу отражений. Но эти отражения, если они составлены на основе нашей теоретической геометрии, показывают фрактальную картину данных, которая является аддитивной в каждой точке отражения. В масштабе этого эксперимента мы будем захватывать энергию до 100 000 отражений или больше, в отличие от одного единственного отражения, захваченного с типичной плоской ориентацией солнечной решетки.

Вместо того, чтобы позволить свету поражать наши солнечные панели и отскакивать от энергии впустую, мы создадим конфигурацию, которая будет отображать каждую световую волну несколько раз, каждый раз получая все больше энергии. Это отражение приведет к тому, что внутренняя часть конфигурации солнечной панели станет более темной, чем стандартная плоская конфигурация, которую мы можем наблюдать, измеряя отраженный свет, движущийся в обратном направлении в качестве источника. Самое главное, однако, мы заметим, что, пользуясь известными волновыми свойствами света, мы можем извлечь значительно больше энергии для данной области.

Список запасных частей:

Кол-во.

Часть

8

Солнечные элементы, однородные (например, 2 × 4 ", 6v, 1w)

2 фута

Изолированный провод 2-22 калибра

2

Цифровые вольтметры, низкий уровень тяги (может потребовать резисторы / манекенную нагрузку)

2

8 × 10 "листы из плексигласа

4

5/16 "болты

8 — 12

5/16 "Орехи

4

5/16 "шайбы, колпачки

Вы можете указать отдельные части из Digi-Key .

Дрю Пол сделал комплект всех доступных компонентов.

Нажмите здесь чтобы загрузить диаграмму, которая включает лист данных, который будет заполнен во время тестирования.

Инструменты :
Паяльник, паяльник
Дрель, биты и режущий диск
Клей для горячего клея, клей

Испытательное оборудование :
Мультиметр
Luxmeter (световод)

1.) Электропроводка

Что мы будем делать, это геометрически ориентировать солнечные элементы, чтобы захватить больше солнечной энергии, минимизируя потери из-за отражения и подгоняя больше фотоэлектрического материала в данном пространстве.

Первым шагом является подключение наших ячеек. Как правило, мы можем поместить две традиционно ориентированные ячейки размером 2 × 4 "в области 4 × 4". С новым дизайном ориентации, представленным здесь, мы можем поместить шесть 2 × 4 "ячеек в пространстве всего 1,5 × 4".

Наша первая пара будет нашей конфигурацией управления. Мы подключим их последовательно и обозначим провода, подключив соответствующим образом цветной провод.

Следующий массив будет экспериментальной установкой: шесть ячеек, которые будут поддерживать постоянную постоянную для этого эксперимента, позволяя нам измерять переменное напряжение. При использовании нескольких миллиметров длины провода, используемого для последовательных соединений и предварительного изгибания, во время следующего шага избегается привязка. Вы также можете добавить свои выводы на противоположные положительные и отрицательные клеммы, и ваша проводка будет завершена.

Воспользуйтесь этой возможностью, чтобы проверить функциональность и непрерывность.

2.) Ориентация массива

Во-первых, мы будем ориентировать наш контрольный набор бок о бок, как и каждый солнечный массив, который вы когда-либо видели.

Затем мы создадим экспериментальный массив. Это может быть построено в соответствии со спецификациями здесь или скорректировано по вашему усмотрению. С помощью нашего набора из шести проводных ячеек мы будем прикреплять их по одному с помощью клея. Мы будем соединять наши ячейки в форме «V» с измеренным углом 22,5 градуса, что приводит к зазору на открытом конце 0,5 дюйма для каждой пары. Это можно легко пересчитать для ячеек другого измерения. Каждый «V» должен иметь солнечные элементы, обращенные внутрь.

Теперь мы добавим три пары с клеем, что должно привести к общей ширине всего около 1,5 дюймов, как показано.

Эти два массива затем могут быть снова протестированы, при необходимости отрегулированы и вставлены в сторону.

Важно иметь стабильную и стабильную платформу, чтобы поддерживать все переменные в экспериментальных целях. Мы будем измерять расстояния от искусственных источников света до высокой степени точности и размещать платформу в естественном свете, которая должна оставаться взыскательной последовательностью для точных результатов, которые могут быть значительно увеличены.

3.) Построение платформы

Чтобы построить эту платформу, прикрепите компоненты к листу из плексигласа или другого подходящего материала. Во-первых, планируйте, измерьте и проследите размещение компонентов на листе на основе приведенной диаграммы. Затем просверлите отверстия для проводки, а также в углах для монтажа и вырежьте отверстия для ваших метров. После прокладки проводки и измерительных отверстий на первом листе вам нужно будет просверлить угловые отверстия на обоих листах одновременно для параллелизма.

Затем вы можете установить две ваши конфигурации солнечной батареи рядом друг с другом и вертикально, по той же самой касательной относительно источника света выше.

Затем установите ваши вольтметры и подключите их соответственно. Счетчики служат для демонстрационных целей, но я также добавил дополнительные выводы для подключения мультиметра для более точных экспериментальных измерений и лучшего отображения при ярком солнечном свете.

После завершения добавьте гайку к своим болтам и опустите на лист с отверстиями в углах и убедитесь, что он ровный. Этот лист будет служить нижней крышкой. Добавьте еще одну гайку, чтобы закрепить нижний лист и расстояние. Затем добавьте верхний лист с установленными компонентами и закрепите его на месте.

4.) Тестирование

Экспериментальная платформа теперь готова к испытанию.

Этот массив можно протестировать в лаборатории в присутствии источника постоянного света, такого как стандартная лампа. При единственном искусственном источнике света в непосредственной близости тестируйте каждый массив независимо, чтобы поддерживать постоянный вход. Сначала поместите световой индикатор на плоскую панель управления, примените постоянный свет и обратите внимание на показания люкс. Затем аккуратно снимите метр и обратите внимание на напряжение. При искусственном освещении с низкой интенсивностью ваши счетчики могут быть недостаточными, и для получения показаний может потребоваться более точный мультиметр с питанием.

Повторите этот процесс с помощью экспериментального массива. Очень важно обеспечить, чтобы оба теста выполнялись на точно таком же уровне освещенности. Поскольку экспериментальный массив находится выше, вам нужно будет отрегулировать источник света, чтобы протестировать при одном и том же показателе lux, как ваш контроль. После того, как вы достигли уровня «люкс», точно равного вашему контрольному тесту, аккуратно снимите измерительный прибор и обратите внимание на напряжение.

Вы обнаружите, что даже ваш экспериментальный массив производит значительно большую мощность, хотя для этого требуется лишь небольшая часть области!

Повторите процесс снаружи в естественном солнечном свете высокой интенсивности, и результаты будут усугублены еще больше!

Чтобы вычислить увеличение эффективности по площади, при необходимости отрегулируйте напряжение для дисперсии входного сигнала, вычислите напряжение на квадратный дюйм и упростите, чтобы получить качественный результат, который мы будем называть нашим коэффициентом эффективности.

Мои тесты показывают улучшение на 670%, в шесть раз больше энергии из того же пространства!

Попробуйте эксперимент для себя, запишите свои данные, а затем увеличьте его, чтобы управлять своим домом, электромобилем или чем-либо еще. Попробуйте комбинировать эту конфигурацию с солнечным трекером, и вы сможете использовать больше солнечной энергии с квадратного метра, чем вы когда-либо считали возможным.

[All images courtesy Drew Paul / Drew Paul Designs]