Princíp solárneho článku

Slnko svieti na polovodičový pn prechod a vytvára nový pár diera-elektrón. Pod vplyvom zabudovaného elektrického poľa v pn prechode fotogenerované diery prúdia do oblasti p a fotogenerované elektróny prúdia do oblasti n. Po pripojení obvodu sa vytvorí prúd. Toto je princíp fungovania solárnych článkov s fotoelektrickým efektom.
Existujú dva spôsoby výroby solárnej energie, jedným je premena svetlo-teplo-elektrina a druhým je priama premena svetlo-elektrina.
Fototermo-elektrická premena
Režim premeny svetlo-teplo-elektrina generuje elektrinu využitím tepelnej energie generovanej slnečným žiarením. Vo všeobecnosti sa absorbovaná tepelná energia solárnym kolektorom premení na paru pracovného média a potom je parná turbína poháňaná na výrobu elektriny. Prvým procesom je proces premeny svetla na teplo; Posledný proces je proces premeny tepla na elektrickú energiu, ktorý je rovnaký ako pri bežnej výrobe tepelnej energie. Nevýhodou solárnej tepelnej energie je, že jej účinnosť je veľmi nízka a jej cena je veľmi vysoká. Odhaduje sa, že jeho investície sú minimálne 5 až 10-krát vyššie ako v prípade bežných tepelných elektrární. Solárna tepelná elektráreň s výkonom 1000 MW potrebuje investovať 2 až 2,5 miliardy amerických dolárov, pričom priemerná investícia 1 kW je 2 000 až 2 500 amerických dolárov. Preto sa dá aplikovať len na špeciálne príležitosti v malom meradle, pričom veľké využitie nie je ekonomické a nemôže konkurovať bežným tepelným elektrárňam alebo jadrovým elektrárňam.
Priama opticko-elektrická konverzia
Výroba energie zo solárnych článkov sa vyrába podľa fotoelektrických vlastností konkrétnych materiálov. Čierne telesá (napríklad slnko) vyžarujú elektromagnetické vlny rôznych vlnových dĺžok (zodpovedajúcich rôznym frekvenciám), ako je infračervené, ultrafialové, viditeľné svetlo atď. Keď sú tieto lúče ožiarené rôznymi vodičmi alebo polovodičmi, fotóny interagujú s voľnými elektrónmi vo vodičoch. alebo polovodičov na generovanie prúdu. Čím kratšia je vlnová dĺžka a čím vyššia je frekvencia lúča, tým má vyššiu energiu. Napríklad energia ultrafialového lúča je oveľa vyššia ako energia infračerveného lúča. Energiu lúčov všetkých vlnových dĺžok však nemožno premeniť na elektrickú energiu. Stojí za zmienku, že fotovoltaický efekt je nezávislý od intenzity lúčov. Prúd môže byť generovaný len vtedy, keď frekvencia dosiahne alebo prekročí prahovú hodnotu, ktorá môže vyvolať fotovoltaický efekt. Maximálna vlnová dĺžka svetla, ktorá môže spôsobiť, že polovodič vytvorí fotovoltaický efekt, súvisí so šírkou zakázaného pásma polovodiča. Napríklad šírka zakázaného pásu kryštalického kremíka je asi 1,155 eV pri teplote miestnosti. Preto iba svetlo s vlnovou dĺžkou menšou ako 1100nm môže spôsobiť, že kryštalický kremík vytvorí fotovoltaický efekt. Výroba energie zo solárnych článkov je obnoviteľný a ekologický spôsob výroby energie. Nebude produkovať skleníkové plyny ako oxid uhličitý a nebude znečisťovať životné prostredie. Podľa výrobných materiálov sa dá rozdeliť na polovodičovú batériu na báze kremíka, tenkovrstvovú batériu CdTe, tenkovrstvovú batériu CIGS, tenkovrstvovú batériu citlivú na farbivo, batériu z organického materiálu atď. Medzi nimi sú kremíkové články rozdelené na monokryštály bunky, polykryštalické bunky a tenkovrstvové bunky amorfného kremíka. Najdôležitejším parametrom pre solárne články je účinnosť premeny. Medzi solárnymi článkami na báze kremíka vyvinutými v laboratóriu je účinnosť monokryštalických kremíkových článkov 25,0 percenta, účinnosť polykryštalických kremíkových článkov je 20,4 percenta, účinnosť tenkovrstvových článkov CIGS je 19,6 percenta, účinnosť tenkovrstvových článkov CdTe je 16,7 percenta a účinnosť tenkovrstvových článkov z amorfného kremíka (amorfný kremík) je 10,1 percenta
Solárny článok je druh fotoelektrického prvku, ktorý dokáže premieňať energiu. Jeho základná štruktúra je vytvorená kombináciou polovodičov typu P a N. Najzákladnejším materiálom polovodičov je „kremík“, ktorý je nevodivý. Ak sa však v polovodičoch zmiešajú rôzne nečistoty, možno z nich vyrobiť polovodiče typu P a typu N. Potom polovodiče typu P majú dieru (polovodiče typu P majú o jeden elektrón menej so záporným nábojom, čo možno považovať za jeden kladný náboj navyše) a polovodiče typu N majú o jeden rozdiel potenciálu voľného elektrónu viac na generovanie prúdu, takže keď svieti slnko, svetelná energia excituje elektróny v atóme kremíka, aby sa vytvorila konvekcia elektrónov a dier. Tieto elektróny a diery budú ovplyvnené vstavaným potenciálom a budú priťahované polovodičmi typu N a typu P a budú sa zhromažďovať na oboch koncoch. V tomto čase, ak je vonkajšok spojený s elektródami na vytvorenie obvodu, je to princíp výroby energie solárnych článkov.
Stručne povedané, princíp výroby solárnej fotovoltaickej energie spočíva v použití solárnych článkov na absorbovanie slnečného žiarenia s vlnovou dĺžkou 0.4 μm-1.1 μM (pre kremíkový kryštál), ktoré priamo premieňa svetelnú energiu na elektrickú energiu. energetický výdaj.
Keďže elektrina vyrábaná solárnymi článkami je jednosmerný prúd, ak je potrebné napájať domáce spotrebiče alebo rôzne elektrické spotrebiče, je potrebné nainštalovať DC/AC menič, ktorý ho nahradí striedavým napájaním predtým, ako bude môcť byť dodávaný do domácnosti, resp. priemyselná sila.
Vývoj nabíjania solárnych článkov Aplikácia solárnych článkov v spotrebnom tovare má väčšinou problém s nabíjaním. V minulosti sa vo všeobecných nabíjacích objektoch používali suché články NiMH alebo NiCd, ale suché články NiMH nedokážu odolávať vysokej teplote a suché články NiCd majú problém so znečistením životného prostredia. S rýchlym vývojom superkondenzátorov, veľkou kapacitou, oblasťou proti zmršťovaniu a nízkou cenou začali niektoré solárne produkty používať superkondenzátory ako nabíjacie objekty, čím sa zlepšili mnohé problémy solárneho nabíjania:
Rýchle nabíjanie,
životnosť je viac ako 5-krát dlhšia,
Rozsah teplôt nabíjania je široký,
Znížte spotrebu solárnych článkov (možno nabíjať pri nízkom napätí)