Princip solárního článku

Slunce svítí na polovodičový pn přechod a vytváří nový pár díra-elektron. Pod účinkem vestavěného elektrického pole v pn přechodu tečou fotogenerované díry do oblasti p a fotogenerované elektrony proudí do n oblasti. Po připojení obvodu je generován proud. Toto je princip fungování solárních článků s fotoelektrickým efektem.
Existují dva způsoby výroby solární energie, jedním je přeměna světlo-teplo-elektřina a druhým je přímá přeměna světlo-elektřina.
Fototermálně-elektrická přeměna
Režim přeměny světlo-teplo-elektřina generuje elektřinu využitím tepelné energie generované slunečním zářením. Obecně platí, že absorbovaná tepelná energie je solárním kolektorem přeměněna na páru pracovního média a poté je parní turbína poháněna k výrobě elektřiny. Prvním procesem je proces přeměny světla na teplo; Druhým procesem je proces přeměny tepla na elektřinu, který je stejný jako běžná výroba tepelné energie. Nevýhodou solární tepelné energie je, že její účinnost je velmi nízká a její cena je velmi vysoká. Odhaduje se, že jeho investice je minimálně 5 až 10krát vyšší než u běžných tepelných elektráren. 1000MW solární tepelná elektrárna potřebuje investovat 2 až 2,5 miliardy amerických dolarů, s průměrnou investicí 1 kW 2000 až 2500 amerických dolarů. Lze jej tedy aplikovat pouze při zvláštních příležitostech v malém měřítku, zatímco velké využití není ekonomické a nemůže konkurovat běžným tepelným elektrárnám nebo jaderným elektrárnám.
Přímá opticko-elektrická konverze
Výroba energie ze solárních článků se provádí podle fotoelektrických vlastností konkrétních materiálů. Černá tělesa (například slunce) vyzařují elektromagnetické vlny různých vlnových délek (odpovídajících různým frekvencím), jako je infračervené, ultrafialové, viditelné světlo atd. Když jsou tyto paprsky ozářeny na různé vodiče nebo polovodiče, fotony interagují s volnými elektrony ve vodičích. nebo polovodiče pro generování proudu. Čím kratší je vlnová délka a čím vyšší je frekvence paprsku, tím vyšší je jeho energie. Například energie ultrafialového paprsku je mnohem vyšší než energie infračerveného paprsku. Energii paprsků všech vlnových délek však nelze přeměnit na elektrickou energii. Stojí za zmínku, že fotovoltaický efekt je nezávislý na intenzitě paprsků. Proud může být generován pouze tehdy, když frekvence dosáhne nebo překročí prahovou hodnotu, která může vyvolat fotovoltaický efekt. Maximální vlnová délka světla, která může způsobit, že polovodič produkuje fotovoltaický efekt, souvisí s šířkou zakázaného pásma polovodiče. Například šířka zakázaného pásu krystalického křemíku je asi 1,155 eV při pokojové teplotě. Proto pouze světlo s vlnovou délkou menší než 1100nm může způsobit, že krystalický křemík vytvoří fotovoltaický efekt. Výroba energie ze solárních článků je obnovitelný a ekologický způsob výroby energie. Nebude produkovat skleníkové plyny, jako je oxid uhličitý, a nebude znečišťovat životní prostředí. Podle výrobních materiálů je lze rozdělit na polovodičovou baterii na bázi křemíku, tenkovrstvou baterii CdTe, tenkou vrstvu CIGS, tenkovrstvou baterii citlivou barvivem, baterii z organického materiálu atd. Mezi nimi jsou křemíkové články rozděleny na monokrystalové články, polykrystalické články a amorfní křemíkové články s tenkým filmem. Nejdůležitějším parametrem pro solární články je účinnost konverze. Mezi solárními články na bázi křemíku vyvinutými v laboratoři je účinnost monokrystalických křemíkových článků 25,0 procenta, účinnost polykrystalických křemíkových článků je 20,4 procenta, účinnost tenkovrstvých článků CIGS je 19,6 procenta, účinnost tenkovrstvých článků CdTe je 16,7 procenta a účinnost tenkovrstvých článků z amorfního křemíku (amorfního křemíku) je 10,1 procenta
Solární článek je druh fotoelektrického prvku, který dokáže přeměnit energii. Jeho základní struktura je tvořena kombinací polovodičů typu P a N. Nejzákladnějším materiálem polovodičů je „křemík“, který je nevodivý. Pokud se však v polovodičích smísí různé nečistoty, lze z nich vyrobit polovodiče typu P a N. Pak mají polovodiče typu P díru (polovodiče typu P mají o jeden elektron méně se záporným nábojem, což lze považovat za jeden kladný náboj navíc) a polovodiče typu N mají o jeden rozdíl potenciálu volného elektronu více pro generování proudu, takže když svítí slunce, světelná energie excituje elektrony v atomu křemíku, aby se vytvořila konvekce elektronů a děr. Tyto elektrony a díry budou ovlivněny vestavěným potenciálem a budou přitahovány polovodiči typu N a typu P a budou se shromažďovat na obou koncích. V tomto okamžiku, pokud je vnějšek spojen s elektrodami a tvoří obvod, je to princip výroby energie solárních článků.
Stručně řečeno, princip výroby solární fotovoltaické energie spočívá v použití solárních článků k absorbování slunečního světla o vlnové délce 0.4 μm-1.1 μM (pro křemíkový krystal), které přímo přeměňuje světelnou energii na elektrickou energii. energetický výdej.
Vzhledem k tomu, že elektřina generovaná solárními články je stejnosměrný proud, je v případě potřeby napájení domácích spotřebičů nebo různých elektrických spotřebičů nutné nainstalovat DC/AC měnič, který jej nahradí střídavým napájením, než bude moci být dodáván do domácnosti nebo průmyslová síla.
Vývoj nabíjení solárních článků Aplikace solárních článků ve spotřebním zboží má většinou problém s nabíjením. V minulosti používaly obecné nabíjecí objekty suché články NiMH nebo NiCd, ale suché články NiMH nedokážou odolat vysoké teplotě a suché články NiCd mají problém se znečištěním životního prostředí. S rychlým vývojem superkondenzátorů, velkou kapacitou, oblastí proti smršťování a nízkou cenou začaly některé solární produkty používat superkondenzátory jako nabíjecí objekty, čímž se zlepšilo mnoho problémů solárního nabíjení:
Rychlé nabíjení,
životnost je více než 5x delší,
Rozsah nabíjecích teplot je široký,
Snižte spotřebu solárních článků (lze nabíjet při nízkém napětí)