Cum funcționează o celulă solară?

Când soarele strălucește pe joncțiunea semiconductoare PN, se formează o nouă pereche gaură-electron. Sub acțiunea câmpului electric din joncțiunea PN, găurile fotogenerate curg în regiunea p, iar electronii fotogenerați curg în regiunea n, iar curentul este generat după ce circuitul este pornit. Așa funcționează celulele solare cu efect fotoelectric.

 

Există două moduri de generare a energiei solare, unul este modul de conversie lumină-căldură-electricitate, iar celălalt este modul de conversie directă lumină-electricitate.

 

Conversie lumină-căldură-electricitate:

 

Metoda de conversie lumină-căldură-electricitate generează energie electrică utilizând energia termică generată de radiația solară, care este în general convertită de colectorul solar în aburul mediului de lucru și apoi antrenează turbina pentru a genera electricitate.

 

Primul proces este procesul de conversie lumină-căldură; Ultimul proces este procesul de conversie a căldurii-electricitate, care este același cu generarea obișnuită de energie termică. Dezavantajul producerii de energie solară termică este că eficiența este foarte scăzută și costul este foarte mare și se estimează că investiția acesteia este de cel puțin 5 până la 10 ori mai scumpă decât centralele termice obișnuite.

 

O centrală solară termică de 1000 MW necesită o investiție de 2 până la 2,5 miliarde de dolari SUA, iar investiția medie de 1 kW este de 2000 până la 2500 de dolari SUA. Prin urmare, poate fi folosit doar la scară mică pentru ocazii speciale, iar utilizarea pe scară largă este neeconomică din punct de vedere economic și nu poate concura cu centralele termice obișnuite sau cu centralele nucleare.

 

Conversie directă optic în electric:

 

Generarea energiei celulelor solare se realizează în funcție de proprietățile fotoelectrice ale materialelor specifice. Corpurile negre (cum ar fi soarele) radiază unde electromagnetice de lungimi de undă diferite (corespunzând diferitelor frecvențe), cum ar fi lumina infraroșu, ultravioletă, vizibilă și așa mai departe.

 

Când aceste raze lovesc diferiți conductori sau semiconductori, fotonii interacționează cu electronii liberi din conductori sau semiconductori pentru a genera un curent electric. Cu cât lungimea de undă a razei este mai mică, cu atât frecvența este mai mare, cu atât energia este mai mare, de exemplu, energia razei ultraviolete este mult mai mare decât cea a razei infraroșii.

 

Cu toate acestea, nu toate lungimile de undă ale energiei razelor pot fi convertite în energie electrică, este de remarcat faptul că efectul fotoelectric este independent de intensitatea razei, doar atunci când frecvența atinge sau depășește pragul care poate produce efect fotoelectric, curent poate fi generat. .

 

Lungimea de undă maximă a luminii care poate face ca un semiconductor să producă un efect fotoelectric este legată de lățimea de bandă a semiconductorului, cum ar fi lățimea de bandă a siliciului cristalin este de aproximativ 1,155 eV la temperatura camerei, deci lungimea de undă a luminii trebuie să fie mai mică. peste 1100 nm pentru a produce un efect fotoelectric al siliciului cristalin.

 

Generarea de energie cu celule solare este o metodă de generare a energiei regenerabile și prietenoasă cu mediul, care nu va produce gaze cu efect de seră, cum ar fi dioxidul de carbon, în procesul de generare a energiei și nu va polua mediul. Conform materialelor de producție, sunt împărțite în baterii semiconductoare pe bază de siliciu, baterii cu film subțire CdTe, baterii cu film subțire CIGS, baterii cu film subțire sensibilizate la colorant, baterii cu material organic și așa mai departe.

 

Celulele de siliciu sunt împărțite în celule monocristaline, celule policristaline și celule cu film subțire de siliciu amorf. Cel mai important parametru pentru celulele solare este eficiența conversiei. În celulele solare pe bază de siliciu dezvoltate în laborator, eficiența celulelor de siliciu monocristalin este de 25,0%, cea a celulelor de siliciu policristalin este de 20,4%, cea a celulelor cu film subțire CIGS este de 19,6% și cea a Celulele de film subțire CdTe sunt de 16,7%. Eficiența celulelor cu film subțire de siliciu amorf (siliciu amorf) este de 10,1%

 

Celula solară este un fel de element fotoelectric care poate converti energia, iar structura sa de bază este formată din semiconductor de tip P și N. Cel mai de bază material al semiconductorului este „siliciu”, care este neconductor, dar dacă semiconductorul este amestecat cu diferite impurități, acesta poate fi transformat în semiconductori de tip P și de tip N, iar apoi semiconductorii de tip P au o gaură (semiconductorilor de tip P lipsește un electron încărcat negativ, care poate fi văzut ca mai mult decât o sarcină pozitivă).

 

Există o diferență de potențial de electroni liberi cu semiconductorul de tip N pentru a genera curent, așa că atunci când soarele strălucește, energia luminii va excita electronii din atomul de siliciu și va fi generată convecția electronilor și a găurilor, iar acești electroni și gaurile vor fi afectate de potentialul incorporat, respectiv atrase de semiconductorul de tip N si tip P, si adunate la ambele capete. În acest moment, dacă electrozii externi sunt conectați pentru a forma o buclă, acesta este principiul generării de energie a celulelor solare.

 

Mai simplu spus, principiul generării de energie solară fotovoltaică este utilizarea celulelor solare pentru a absorbi 0.4μm ~ 1,1μm lungime de undă (pentru cristale de siliciu) a luminii solare, lumina convertită direct în ieșire de energie electrică o modalitate de generare de energie. .

 

Informații extinse:

 

Caracteristicile de bază ale celulelor solare sunt polaritatea celulelor solare, parametrii de performanță ai celulelor solare și caracteristicile voltametriei bateriilor electrice solare de protecție a mediului. Explicația specifică este următoarea

 

1, polaritatea celulelor solare

Celulele solare din siliciu sunt în general realizate din structură de tip P+/N sau structură de tip N+/P, P+ și N+, indicând tipul conductiv de material semiconductor din stratul frontal de lumină al celulei solare; N și P reprezintă tipul conductiv al materialului semiconductor de pe spatele celulei solare. Proprietățile electrice ale unei celule solare sunt legate de proprietățile materialului semiconductor utilizat la fabricarea celulei.

 

2. Parametrii de performanță ai celulelor solare

Parametrii de performanță ai celulei solare sunt compuși din tensiunea în circuit deschis, curentul de scurtcircuit, puterea maximă de ieșire, factorul de umplere și eficiența conversiei. Acești parametri sunt un semn pentru măsurarea performanței celulelor solare.

 

3 caracteristici voltametriei celulelor solare

Celula solară de joncțiune PN constă dintr-o joncțiune PN superficială formată pe suprafață, un contact ohmic frontal în formă de bandă și deget, un contact ohmic din spate care acoperă întreaga suprafață din spate și un strat anti-reflex pe față.

 

Când bateria este expusă la spectrul solar, fotonii cu energii mai mici decât lățimea bandgap-ului, de exemplu, nu contribuie la ieșirea bateriei. Fotonii cu energii mai mari decât bandgap-ul (Eg) contribuie cu energie (Eg) la ieșirea bateriei, iar energiile mai mici decât (Eg) sunt consumate sub formă de căldură. Prin urmare, în procesul de proiectare și fabricare a celulelor solare, este necesar să se ia în considerare impactul acestei părți a căldurii asupra stabilității și duratei de viață a bateriei.