Ako funguje solárny článok?

Keď slnko zasvieti na polovodičový PN prechod, vytvorí sa nový pár diera-elektrón. Pôsobením elektrického poľa v PN prechode prúdia fotogenerované diery do oblasti p a fotogenerované elektróny prúdia do oblasti n a prúd vzniká po zapnutí obvodu. Takto fungujú solárne články s fotoelektrickým efektom.

 

Existujú dva spôsoby výroby solárnej energie, jeden je režim konverzie svetlo-teplo-elektrina a druhý je režim priamej konverzie svetlo-elektrina.

 

Premena svetlo-teplo-elektrina:

 

Metóda premeny svetlo-teplo-elektrina generuje elektrinu využitím tepelnej energie generovanej slnečným žiarením, ktorá sa vo všeobecnosti premieňa solárnym kolektorom na paru pracovného média a potom poháňa turbínu 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 výroby energie je veľmi nízka účinnosť a veľmi vysoké náklady a odhaduje sa, že jej investícia je najmenej 5 až 10-krát drahšia ako bežné tepelné elektrárne.

 

1000MW solárna tepelná elektráreň si vyžaduje investíciu 2 až 2,5 miliardy amerických dolárov a priemerná investícia 1kW je 2000 až 2500 amerických dolárov. Preto sa dá použiť len v malom meradle na špeciálne príležitosti a veľké využitie je ekonomicky neekonomické a nemôže konkurovať bežným tepelným elektrárňam ani jadrovým elektrárňam.

 

Priama konverzia optickej na elektrickú:

 

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 tieto lúče dopadajú na rôzne vodiče alebo polovodiče, fotóny interagujú s voľnými elektrónmi vo vodičoch alebo polovodičoch a vytvárajú elektrický prúd. Čím kratšia je vlnová dĺžka lúča, tým vyššia je frekvencia, tým vyššia je energia, napríklad energia ultrafialového lúča je oveľa vyššia ako energia infračerveného lúča.

 

Nie všetky vlnové dĺžky energie lúča sa však dajú premeniť na elektrickú energiu, stojí za zmienku, že fotoelektrický efekt je nezávislý od intenzity lúča, iba keď frekvencia dosiahne alebo prekročí prah, ktorý môže vyvolať fotoelektrický efekt, môže sa generovať prúd .

 

Maximálna vlnová dĺžka svetla, ktorá môže spôsobiť, že polovodič vytvorí fotoelektrický efekt, súvisí so šírkou zakázaného pásma polovodiča, napríklad šírka pásma kryštalického kremíka je asi 1,155 eV pri izbovej teplote, takže vlnová dĺžka svetla musí byť menšia. než 1100 nm, aby sa vytvoril fotoelektrický efekt kryštalického kremíka.

 

Výroba energie zo solárnych článkov je obnoviteľná a ekologická metóda výroby energie, ktorá v procese výroby energie neprodukuje skleníkové plyny, ako je oxid uhličitý, a neznečisťuje životné prostredie. Podľa výrobných materiálov sa delia na polovodičové batérie na báze kremíka, tenkovrstvové batérie CdTe, tenkovrstvové batérie CIGS, tenkovrstvové batérie citlivé na farbivo, batérie z organického materiálu atď.

 

Kremíkové články sa delia na monokryštálové články, polykryštalické články a amorfné kremíkové tenkovrstvové články. Najdôležitejším parametrom pre solárne články je účinnosť premeny. V solárnych článkoch na báze kremíka vyvinutých v laboratóriu je účinnosť monokryštalických kremíkových článkov 25.0 %, účinnosť polykryštalických kremíkových článkov je 20,4 %, účinnosť tenkovrstvových článkov CIGS je 19,6 % a účinnosť článkov Tenkovrstvové bunky CdTe sú 16,7 %. Účinnosť tenkovrstvových článkov z amorfného kremíka (amorfného kremíka) je 10,1 %

 

Solárny článok je druh fotoelektrického prvku, ktorý dokáže premieňať energiu a jeho základná štruktúra je vyrobená z polovodičov typu P a N. Najzákladnejším materiálom polovodiča je „kremík“, ktorý je nevodivý, ale ak sa polovodič zmieša s rôznymi nečistotami, dajú sa z neho vyrobiť polovodiče typu P a typu N a potom polovodiče typu P majú diera (v polovodičoch typu P chýba záporne nabitý elektrón, ktorý možno považovať za viac ako kladný náboj).

 

Existuje rozdiel potenciálu voľných elektrónov s polovodičom typu N na generovanie prúdu, takže keď svieti slnko, svetelná energia vybudí elektróny v atóme kremíka a vytvorí sa konvekcia elektrónov a dier a tieto elektróny a otvory budú ovplyvnené vstavaným potenciálom, respektíve priťahované polovodičom typu N a typu P a zhromaždené na oboch koncoch. V tomto čase, ak sú externé elektródy spojené tak, aby vytvorili slučku, ide o princíp výroby energie solárnych článkov.

 

Jednoducho povedané, princíp solárnej fotovoltaickej výroby energie je použitie solárnych článkov na absorbovanie 0.4μm ~ 1,1μm vlnovej dĺžky (pre kremíkové kryštály) slnečného svetla, svetlo sa priamo premieňa na elektrickú energiu, spôsob výroby energie .

 

Rozšírené informácie:

 

Základné charakteristiky solárnych článkov sú polarita solárnych článkov, výkonové parametre solárnych článkov a voltampérové ​​charakteristiky solárnych elektrických batérií na ochranu životného prostredia. Konkrétne vysvetlenie je nasledovné

 

1, polarita solárnych článkov

Kremíkové solárne články sú vo všeobecnosti vyrobené zo štruktúry typu P+/N alebo štruktúry typu N+/P, P+ a N+, čo naznačuje vodivý typ polovodičového materiálu v prednej svetelnej vrstve solárneho článku; N a P predstavujú vodivý typ polovodičového materiálu na zadnej strane solárneho článku. Elektrické vlastnosti solárneho článku súvisia s vlastnosťami polovodičového materiálu použitého na výrobu článku.

 

2. Výkonnostné parametre solárnych článkov

Výkonové parametre solárneho článku sa skladajú z napätia naprázdno, skratového prúdu, maximálneho výstupného výkonu, faktora plnenia a účinnosti konverzie. Tieto parametre sú znakom merania výkonu solárnych článkov.

 

3 voltampérové ​​charakteristiky solárnych článkov

Solárny článok s PN prechodom pozostáva z plytkého PN prechodu vytvoreného na povrchu, predného ohmického kontaktu v tvare pásika a prsta, zadného ohmického kontaktu pokrývajúceho celú zadnú plochu a antireflexnej vrstvy na prednej strane.

 

Keď je batéria vystavená slnečnému spektru, fotóny s energiami menšími ako šírka bandgap Eg neprispievajú k výstupu batérie. Fotóny s energiami väčšími ako je bandgap (Eg) prispievajú energiou (Eg) k výstupu batérie a energie menšie ako (Eg) sa spotrebúvajú ako teplo. Preto pri návrhu a procese výroby solárnych článkov je potrebné zvážiť vplyv tejto časti tepla na stabilitu a životnosť batérie.