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이러한 보트를 설계할 때 교육적인 측면은 광전지의 실제 개발에 익숙해지는 데 있습니다. 태양광 조명의 간헐적 특성으로 인해 많은 회로에서 배터리를 사용해야 하므로 태양이 빛날 때가 아니라 필요할 때 전력을 공급할 수 있습니다. 배터리를 사용할 때 가장 큰 문제 중 하나는 충전 전류를 관리하는 것입니다. 배터리를 과충전하면 배터리가 고장날 수 있습니다.

지금까지는 배터리의 신뢰성과 긴 수명을 보장하기 위해 충전 조절기를 사용하거나 태양광 패널의 출력 전류를 제한했습니다. 이 장에서는 태양광 패널의 새로운 작동 모드, 즉 자체 조절에 대해 알아봅니다. 이를 사용할 경우 배터리 충전 전류 조정기가 필요하지 않습니다.

납산 배터리

태양전지의 자기조절 모드는 납축전지의 특성에 따라 크게 영향을 받기 때문에 동작원리를 간략히 숙지할 필요가 있을 것 같습니다.

납산 배터리 셀은 약한 황산 용액에 담긴 두 개의 납판으로 구성됩니다. 이 경우 가역적인 전기화학 반응이 일어나서 전하가 저장될 수 있습니다. 우리는 충전 과정에만 관심을 가질 것입니다.

방전 중에 산성 잔류물의 황산염 이온은 납판에 의해 용액에서 흡수됩니다. 충전 전류가 플레이트를 통과하면 전기 에너지가 황산염 이온을 다시 용액으로 "당깁니다". 배터리가 원래 충전량의 약 80%를 충전하면 셀 내부의 화학 평형이 바뀌기 시작합니다. 소금의 납은 점차 순수한 금속으로 환원됩니다.

결과는 두 개의 금속 막대를 수용액에 넣는 것과 유사하여 전기분해에 탁월한 조건을 만듭니다. 실제로 이런 일이 일어납니다. 전기분해에는 산소와 수소 기포의 방출, 즉 소위 배터리 셀의 "끓는" 효과가 동반됩니다. 이 효과를 가스 진화라고 부르는 것이 더 정확합니다.

납산 배터리를 손상시키는 것은 가스 방출입니다. 아무 조치도 취하지 않으면 결국 셀이 고장나게 되므로 손상을 방지하려면 가스 방출 초기에 충전 전류를 줄여야 합니다. 충전 조절기가 이러한 목적으로 사용됩니다.

배터리와 직렬로 연결된 저항을 사용하면 충전 전류를 줄일 수 있습니다. 전기 에너지의 일부는 이 저항기에서 열의 형태로 소산되어 충전 전류가 감소합니다.

자주 사용되는 또 다른 방법은 배터리가 일정한 전압으로 유지되고 전류가 다른 값을 갖는 것입니다. 전류량은 배터리 전압과 충전 전압의 차이에 따라 달라지므로 전압을 변경하여 충전 속도를 조절할 수 있습니다. 마찬가지로, 전압 조정기를 사용하는 자동차의 전기 시스템에서는 배터리가 계속 충전되어 있습니다.

불행하게도 배터리가 완전히 충전된 상태에서 전압 조정기를 사용하려면 충전 시간이 길어져야 합니다. 낮 동안 일조 시간이 제한되어 있기 때문에 당연히 충전할 시간도 거의 없습니다.

이상적인 솔루션은 전류 조정기와 전압 조정기를 단일 장치에 결합하는 것이라고 이미 짐작하셨을 것입니다. 충전은 전압 제한 없이 높은 전류로 시작됩니다. 배터리가 가스 발생 단계에 도달하면 장치는 전류를 줄이고 전압 조정 모드로 전환합니다.

배터리는 가능한 가장 짧은 시간에 최대 충전량을 저장하는 동시에 배터리가 과충전될 가능성을 제거합니다. 그래픽적으로 이상적인 충전 주기는 그림 1에 나와 있습니다. XNUMX.

자기 조절형 태양 전지판

이제 우리는 그림 1에 표시된 실리콘 태양전지의 특성을 고려해 볼 수 있습니다. XNUMX(상단 곡선).

태양열 보트
Pic.1

알려진 바와 같이, 실리콘 태양전지는 전류 생성기이다. 전압 값에 관계없이 전류는 곡선이 구부러지기 전에 항상 일정합니다. 요소 전체의 전압은 부하 저항에 의해 결정됩니다.

부하 저항이 감소함에 따라 전류가 더 이상 결정 요인이 아닌 시점이 옵니다. 곡선의 이 부분을 "무릎"이라고 합니다. 부하 저항 전체에 걸쳐 높은 전압 값에서는 에너지 보존 법칙과 양자 물리학이 작용하고 전류가 감소합니다. 이것이 태양전지의 자기조절의 의미이므로 이 사실에 주목해보자.

태양전지 특성의 이러한 전이점은 향후 고려에서 매우 중요하다. 실제로 이는 태양전지의 두 가지 작동 모드를 분리합니다. 그 위에는 태양광 발전기가 전류 생성기 역할을 하고 그 아래에는 전압 조정기와 동일합니다.

이상적인 충전기의 작동 그래프를 태양전지의 전류-전압 곡선(그림 1)과 비교하면 두 곡선이 매우 유사하다는 것을 알 수 있습니다. 실제로 그들은 거의 일치합니다.

따라서 두 특성을 함께 연결하는 것은 매우 자연스러운 일입니다. 태양전지 전류-전압 곡선의 변곡점을 배터리에서 가스가 방출되기 시작하는 순간과 일치시키면 자기 조절 효과를 얻을 수 있다.

전형적인 예로 돌아가 보겠습니다. 완전히 방전된 납산 배터리로 프로세스가 시작된다고 가정해 보겠습니다. 이제 이를 자체 조절형 태양광 발전기에 연결해 보겠습니다.

태양광 패널이 켜지면 배터리가 충전되기 시작합니다. 프로세스 시작 시 배터리 전압은 낮습니다(<10V). 이 경우 태양전지는 전류 생성기 모드에서 '무릎' 위 영역에서 작동합니다. 즉, 배터리는 태양광 패널이 생산할 수 있는 최대 전류를 수신하여 필요한 빠른 충전을 달성할 수 있습니다.

배터리 셀에 전하가 축적됨에 따라 전압이 점차 증가하기 시작합니다. 우리가 이러한 디자인 증가를 어떻게 활용했는지 기억하십시오. 충전 조절기. 우리는 다시 같은 일을 할 수 있습니다.

12,6V 배터리에서 12V부터 시작하는 가스 배출 전압을 태양전지 I-V 곡선의 무릎 전압과 일치시킴으로써 충전 전류를 줄일 수 있습니다.

배터리가 가스 발생 단계에 도달했다고 가정하면 태양전지가 현재 안정화 모드를 벗어나는 것을 관찰할 수 있습니다. 이제 배터리 충전량과 전압을 높이면 태양전지가 전압 조정기 모드에서 작동하게 됩니다. 결과적으로 충전 전류가 감소합니다.

배터리의 충전량이 많아질수록 정전압은 높아지며, 태양전지 특성의 동작점은 무릎 아래 부분으로 이동하게 됩니다. 전압이 증가하면 그에 따라 태양전지의 출력 전류가 감소합니다.

배터리 셀이 완전히 충전될 때쯤에는 이제 태양전지에서 작은 급전 전류만 흐르게 되는 특성상 동작점이 오른쪽으로 많이 이동했습니다. 배터리가 너무 작아서 과충전에 대한 걱정 없이 원하는 만큼 오랫동안 이 상태를 유지할 수 있습니다. 이때 배터리 전압은 13,2V이다.

배터리에 저장된 에너지를 모두 사용할 때까지 모든 것이 이 위치에 유지됩니다. 셀이 에너지를 방출하면 배터리 양단의 전압이 그에 따라 감소하고 작동 지점은 전류-전압 곡선을 따라 반대 방향으로 이동합니다. 태양광 배터리의 충전 전류 강도는 배터리 전압이 얼마나 감소했는지, 즉 이 값에 비례하여 소비되는 에너지량에 따라 달라집니다.

그래서 우리는 목표를 달성했으며 이제 자체 조절형 태양광 발전기를 갖게 되었습니다.

온도 효과

자체 조절형 태양전지에는 매우 예상치 못한 특성이 있습니다. 즉, 온도의 영향을 고려합니다. 우리 주변의 물체 중 온도의 영향을 받지 않는 물체는 거의 없습니다. 태양전지와 배터리도 예외는 아니다. 전하는 온도 변화에 매우 민감한 화학 반응을 통해 납축 배터리에서 유지됩니다. 주변 온도가 높을수록 반응이 더 빨리 발생합니다. 실제로 이는 추운 날씨에는 더 높은 충전 전압이 필요하다는 것을 의미합니다.

온도 모니터링은 기존 충전 레귤레이터에서 항상 문제가 되어 왔습니다. 간단한 방법으로는 이를 해결할 수 없으며, 다소 복잡한 방법을 사용하면 설계가 더 복잡해지고 비용도 더 많이 듭니다.

태양열 보트
Pic.2

실리콘 태양전지의 전류-전압 특성의 온도 의존성은 납축전지 셀의 온도 특성을 보상합니다. 온도가 낮아지면 실제로 태양광 발전기가 더 효율적으로 작동하게 됩니다.

반도체의 부피는 다양한 영향을 받기 때문에 전압 성분이 가장 큰 영향을 받습니다. 이것이 바로 배터리에 필요한 것입니다. 외부 온도가 낮아지면 배터리에 더 많은 충전 전압이 필요할 때 태양전지의 출력 전압이 (정확한 순간에) 증가합니다. 더욱이, 정상 온도 범위에서 작동할 때 태양광 배터리와 배터리 배터리 특성의 온도 의존성은 서로 잘 일치하므로(그림 2) 이러한 배터리의 성공적인 공동 작동을 위해 추가 조치가 필요하지 않습니다. 일반적인 장치.

파워보트

이제 우리 이야기의 재미있는 부분을 살펴볼 시간입니다. 이제 스스로 조절되는 태양전지가 우리를 위해 작동*하도록 합시다. 이 설계에는 전기 구동 장치를 갖춘 소형 모터 보트가 선택되었습니다.

Metzeler에서 제조한 고무 풍선 보트입니다. 길이는 2,7m, 너비는 1,2m이며, 두 개의 이격된 폰툰형 실린더로 보트의 안정성이 보장되며 평평한 바닥은 넓은 "캐빈" 역할을 합니다.

태양열 보트
Pic.3

시속 9,4km의 낮은 유속으로 낚시를 즐기거나 화창한 날 산책을 즐기기에 완벽한 보트입니다. 태양광 패널은 승객을 태양광선으로부터 보호하기 위해 캐노피에 설치됩니다(그림 3). 태양광 시스템은 보트의 전기 모터에 전력을 공급하는 것 외에도 라디오, 조명 시스템 또는 물 펌프에 전력을 공급할 수도 있습니다.

디자인

우리는 보트로 설명을 시작합니다. 선택할 수 있는 보트 유형이 많지만 제가 선호하는 것은 두 가지 이유에서 공기주입식 폰툰 보트였습니다.

우선, 팽창식입니다. 즉, 휴대성이 뛰어나고 공기를 빼면 보관하기 쉽습니다. 둘째, 공기주입식 보트는 품질이 좋고 안정적으로 오래 사용할 수 있는 선박입니다. 다음에서는 이 특정 보트에서 태양 에너지 변환이 어떻게 수행되었는지 자세히 설명하겠습니다.

저보다 보트에 대해 더 많이 알고 있고 다른 종류의 보트에 태양광 패널을 설치하고 싶다면 다음 지침을 따르세요.

먼저 태양광 패널을 설치합니다. 이 디자인은 ARCO Solar, Inc.의 M-61 태양전지를 사용했습니다. 자기조절형.

61W 출력의 각 M-25 배터리는 길이 120cm, 너비 30cm, 두께 4cm의 패널 형태로 구조적으로 만들어지며 직경 30cm의 단결정 원형 요소 10개를 포함합니다. 14,1V의 전압과 1,75A의 전류.

자신만의 태양광 패널을 만들고 싶다면 배터리의 특성이 동일한지 확인하세요. 태양광 패널이 완전히 방수되는지 확인하세요. 습기가 많이 있을 것입니다!

보트를 추진하려면 지정된 특성을 지닌 120개의 태양광 패널이 필요합니다. 120x2cm7 크기의 패널에 한 줄로 놓고 병렬로 연결하십시오. 병렬로 연결된 14개의 배터리의 총 전류는 XNUMXA이고 전압은 XNUMXV입니다.

태양광 패널은 직경 4cm의 PVC 수도관으로 만든 프레임을 사용하여 데크에 부착됩니다(Schedule-40). 플라스틱 튜브는 이러한 목적에 탁월한 소재입니다. 튼튼하고 저렴하며 가벼우며 가장 중요한 것은 부식되지 않는다는 것입니다.

파이프 프레임은 그림 4에 표시된 다이어그램에 따라 만들어집니다. 90. XNUMX° 연결은 엘보우를 사용하여 이루어지며 상단 프레임은 티를 사용하여 부착됩니다.

태양열 보트
Pic.4

길이가 약 120cm인 기둥 3개가 필요합니다. 두 개의 전면 기둥의 하단은 그림에서 볼 수 있듯이 타이로 연결됩니다. XNUMX, 앞 좌석 바로 앞 보트 바닥에 눕습니다. 리어 필러 XNUMX개도 같은 방식으로 연결되어 뒷좌석에 고정됩니다.

쇠톱을 사용하여 플라스틱 파이프 조각을 필요한 길이로 자르고 프레임을 조립하여 부품을 제자리에 조정합니다. 비록 그림에서. 그림 4는 정확한 치수(cm)를 보여주며 참고용으로만 사용해야 합니다. 최종 피팅은 보트 자체에서 이루어집니다. 태양광 패널의 지지 프레임은 보트 바닥에 설치할 때 폰툰 사이에 단단히 맞아야 합니다.

모든 작업이 올바르게 완료되었다고 생각되면 플라스틱 용제를 함유한 깨끗한 PVC 접착제로 부품을 서로 붙입니다. 두 개의 플라스틱 부품을 서로 접착하면 원래 재료 자체만큼 강한 접합부가 형성됩니다. 테트라히드로푸란은 폴리염화비닐의 용매로 사용됩니다. 이 물질을 사용할 때 대부분의 다른 용매와 마찬가지로 독성이 있다는 점을 기억해야 합니다.

이 접착제를 사용하려면 빠르게 작업해야 하며 생각할 시간이 없습니다. 따라서 접착하기 전에 모든 부품을 준비하고 배치하십시오. 한 번에 두 개 이하의 부품을 붙이고 다음 연결로 넘어가기 전에 접착제가 완전히 굳을 때까지 기다리십시오.

그런 다음 볼트를 사용하여 태양광 패널을 단일 1,5m2 단위로 연결합니다. 이를 위해 배터리의 금속 가장자리에 특수 구멍이 있습니다.

구조물의 바람을 줄이기 위해서는 배터리 사이에 작은 간격을 두는 것이 필요합니다. 스페이서를 사용하여 배터리를 분리할 수 있습니다.

그런 다음 태양광 패널을 지지 프레임 위에 놓고 각 측면의 최소 XNUMX개 지점과 배터리가 함께 나사로 고정되는 지점을 코드나 로프로 묶습니다. 코드를 인색하지 않는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 강한 돌풍 후에 배터리가 물에 빠질 것입니다.

보트 엔진으로는 무게 약 13kg의 전기 모터가 사용된다. 이러한 전기 모터는 Montgomery Ward 및 Sears와 같은 다양한 회사에서 생산됩니다.

보트 엔진은 목재 크로스빔에 부착되어 공급되며, 최대 4마력까지의 소출력용으로 설계되어 소형 전기 모터를 쉽게 지지할 수 있습니다. 와 함께. (약 3kW).

전기 모터는 12V 납산 배터리로 구동됩니다. 이것은 14장에서 설명한 것과 유사한 젤 셀 배터리입니다. 유형 XNUMX 기본적으로 젤 셀은 액체 전해질을 사용하는 기존 납산 셀과 유사합니다. 그러나 젤 셀은 액체가 아닌 젤리 같은 질감을 지닌 젤오의 두꺼운 전해질로 채워져 있습니다.

표준 해양 배터리 대신 젤 배터리를 사용하는 것은 전해질 누출이 없기 때문입니다. 보트가 전복되더라도(한 번도 일어나지 않은 일이지만) 산은 쏟아지지 않습니다.

태양광 패널은 자동 조절이 가능하기 때문에 필요한 것은 배터리에 연결하고, 배터리는 전기 모터에 연결하는 것뿐입니다. 모든 것이 매우 간단합니다!

이 디자인에서 자체 조절형 태양광 패널을 사용하는 목적은 무엇입니까? 한편으로 이러한 배터리는 설계를 단순화하고 신뢰성을 높입니다. 이것이 주된 이유입니다. 한편, 이는 태양광 패널의 또 다른 특성을 여러분에게 보여줄 기회를 제공했습니다.

보트 기능

태양광 패널은 잘 작동하나요? 글쎄요, 고백합니다. 3 보시다시피 그것은 내 보트가 아닙니다. 그것은 Gary Zanstcher(그 안에 앉아 있는 사람)의 것입니다. 나는 그 보트가 좋은지 설명할 기회를 그에게 줍니다. 그의 의견은 다음과 같습니다.

"이것은 안정적인 선박이며 운송 및 조립이 쉽습니다. 보트는 일반적으로 마리나 델 레이에 정박되어 있습니다. 주말과 자유 시간에 사용합니다.

그 특성 덕분에 보트는 9,4km/h의 속도에 도달합니다. 주행 시 모터는 25A를 소비하므로 80Ah 배터리는 약 3시간 동안 지속됩니다. 그러나 동시에 태양전지로부터 지속적인 충전이 일어난다는 점을 기억해야 한다.

한번에 4~5시간씩 배를 탔는데 전기가 부족한 적은 한번도 없었습니다. 물론 맑은 날에만 배를 이용했어요.

보트는 여행 사이에 최소 일주일 동안 주차되므로 태양광 패널은 배터리를 충전할 충분한 시간을 갖습니다.

보세요, 태양전지판은 태양을 향하지 않습니다. 보트의 방향과 이동 방향이 끊임없이 바뀌기 때문에 이는 현명하지 못한 일입니다. 배터리는 수평으로 장착되며 대부분의 경우 최대 전류를 생성하지 않습니다. 그러나 태양이 지평선 위로 높이 떠 있을 때는 꽤 잘 작동합니다.

배터리는 패널에만 부착되어 있어 매우 빠르게 제거할 수 있습니다. 가격이 상당히 비싸서 폭풍우에 잃어버리고 싶지 않습니다. 사실, 보트는 최대 56km/h의 속도로 부는 바람을 아무런 문제 없이 견뎌냈습니다.

일반적으로 태양 전지가 장착된 보트는 매우 재미있는 일이라고 말해야 합니다."

저자: 바이어스 T.

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가장 작은 블랙홀 30.10.2019

우리 은하인 우리 은하의 블랙홀을 연구하는 오하이오 대학의 천문학자들은 이전에 과학에서 기술된 것 중 가장 작은 새로운 유형의 블랙홀이라고 믿는 것을 발견했습니다.

블랙홀은 별이 죽고, 붕괴되고, 폭발한 후에 형성되며, 너무 강한 중력 소용돌이를 만들어 빛조차 "탈출"할 수 없습니다.

이 연구 이전에 천문학자들은 우리 태양 질량의 5~15배인 블랙홀을 발견했으며 중성자별은 태양 질량의 2,5배에 불과했습니다. 그러나 중성자별은 태양 질량의 XNUMX배 이상의 질량에 도달하면 붕괴되어 블랙홀로 변할 수 있습니다. 그러면 이 블랙홀이 자랄 것입니다.

LIGO라는 중력파 관측소가 1,8만 광년 떨어진 은하에서 두 개의 블랙홀이 하나로 합쳐지는 것을 발견한 후 상황이 바뀌었습니다. 두 개의 거대한 블랙홀은 태양 질량의 31배였습니다.

이것은 블랙홀의 알려진 범위를 확장하여 더 커질 수 있음을 시사합니다. 그러나 중성자별과 블랙홀의 경계에 존재하는 구멍은 어떻습니까?

과학자들은 APOGEE 데이터로 눈을 돌렸습니다. 이것은 우리 은하에 있는 100개의 별에서 나오는 빛을 관찰한 Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment입니다.

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세르게이
총 전류는 7A .... 전기 모터의 측정값은 9단 속도에서 1A, 14단 속도에서 2A를 나타냅니다. 면적을 최대 1500X1400(배터리 1500개 700,7X140A 14W = 280A, 14W, 효율 4%, 무게 2,5kg)까지 추가하고 흐린 날씨에도 시속 약 3~25km의 속도로 이동하는 것은 유혹적이다. 그리고 가벼운 공기주입식 지붕에 무거운 구조물을 짊어지고 다니는 것이 의미가 있을까요, 재충전이 미미하다면 3A의 전류로 12시간 만에 배터리를 소모합니다. 용기의 크기는 안전과 일치하지 않습니다. DH는 너무 높고 단결정입니다. 패널은 깨지기 쉬우며 보강 프레임이 필요합니다. 즉, 무게는 약 XNUMXkg입니다.


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