Princippet om solcelle

Solen skinner på halvleder-pn-forbindelsen for at danne et nyt hul-elektron-par. Under påvirkning af det indbyggede elektriske felt i pn-forbindelsen flyder de fotogenererede huller til p-området, og de fotogenererede elektroner strømmer til n-området. Efter at kredsløbet er tilsluttet, genereres strømmen. Dette er arbejdsprincippet for solceller med fotoelektrisk effekt.
Der er to måder at generere solenergi på, den ene er lys-varme-elektricitet konvertering, og den anden er lys-elektricitet direkte konvertering.
Fototermisk-elektrisk konvertering
Konverteringstilstanden lys-varme-elektricitet genererer elektricitet ved at bruge den varmeenergi, der genereres af solstrålingen. Generelt omdannes den absorberede varmeenergi til dampen af ​​arbejdsmedie af solfangeren, og derefter drives dampturbinen til at generere elektricitet. Førstnævnte proces er lys-varme konverteringsprocessen; Sidstnævnte proces er varme-elektricitetskonverteringsprocessen, som er den samme som den almindelige termiske elproduktion. Ulempen ved solvarmeproduktion er, at dens effektivitet er meget lav, og dens omkostninger er meget høje. Det anslås, at dets investering er mindst 5 til 10 gange højere end i almindelige termiske kraftværker. Et 1000MW solvarmekraftværk skal investere 2 til 2,5 milliarder amerikanske dollars med en gennemsnitlig investering på 1 kW på 2000 til 2500 amerikanske dollars. Derfor kan den kun anvendes til særlige lejligheder i lille skala, mens storskala udnyttelse ikke er økonomisk og ikke kan konkurrere med almindelige termiske kraftværker eller atomkraftværker.
Direkte optisk-elektrisk konvertering
Solcelleenergiproduktion er lavet i henhold til de fotoelektriske egenskaber af specifikke materialer. Sorte kroppe (såsom solen) udsender elektromagnetiske bølger med forskellige bølgelængder (svarende til forskellige frekvenser), såsom infrarødt, ultraviolet, synligt lys osv. Når disse stråler bestråles på forskellige ledere eller halvledere, interagerer fotoner med frie elektroner i lederne eller halvledere til at generere strøm. Jo kortere bølgelængden og jo højere frekvensen af ​​strålen, jo højere energi har den. For eksempel er energien af ​​ultraviolet stråle meget højere end den af ​​infrarød stråle. Imidlertid kan energien fra stråler af alle bølgelængder ikke omdannes til elektrisk energi. Det er værd at bemærke, at den fotovoltaiske effekt er uafhængig af intensiteten af ​​strålerne. Strømmen kan kun genereres, når frekvensen når eller overstiger den tærskel, der kan frembringe den fotovoltaiske effekt. Den maksimale bølgelængde af lyset, der kan få halvlederen til at producere fotovoltaisk effekt, er relateret til halvlederens båndgabbredde. For eksempel er båndgabets bredde af krystallinsk silicium ca. 1,155 eV ved stuetemperatur. Derfor er det kun lyset med en bølgelængde mindre end 1100nm, der kan få det krystallinske silicium til at producere fotovoltaisk effekt. Solcelleproduktion er en vedvarende og miljøvenlig elproduktionsmetode. Det vil ikke producere drivhusgasser som kuldioxid og vil ikke forurene miljøet. Ifølge produktionsmaterialerne kan det opdeles i siliciumbaseret halvlederbatteri, CdTe tyndfilmsbatteri, CIGS tyndfilmsbatteri, farvefølsomt tyndfilmsbatteri, organisk materialebatteri osv. Blandt dem er siliciumceller opdelt i enkeltkrystal. celler, polykrystallinske celler og amorfe silicium tyndfilmceller. Den vigtigste parameter for solceller er konverteringseffektiviteten. Blandt de siliciumbaserede solceller udviklet i laboratoriet er effektiviteten af ​​monokrystallinske siliciumceller 25,0 procent, effektiviteten af ​​polykrystallinske siliciumceller er 20,4 procent, effektiviteten af ​​CIGS tyndfilmceller er 19,6 procent, effektiviteten af ​​CdTe tyndfilmceller er 16,7 procent, og effektiviteten af ​​amorft silicium (amorft silicium) tyndfilmceller er 10,1 procent
Solcellen er en slags fotoelektrisk element, der kan omdanne energi. Dens grundlæggende struktur er lavet ved at kombinere P-type og N-type halvledere. Det mest grundlæggende materiale af halvledere er "silicium", som er ikke-ledende. Men hvis forskellige urenheder er blandet i halvlederne, kan de laves til P-type og N-type halvledere. Derefter har halvledere af P-type et hul (halvledere af P-type har en elektron mindre med negativ ladning, hvilket kan betragtes som en positiv ladning mere), og halvledere af N-type har endnu en fri elektronpotentialeforskel til at generere strøm, så når solen skinner, exciterer lysenergien elektronerne i siliciumatomet for at producere konvektion af elektroner og huller. Disse elektroner og huller vil blive påvirket af det indbyggede potentiale og vil blive tiltrukket af henholdsvis N-type og P-type halvledere og vil samle sig i begge ender. På dette tidspunkt, hvis ydersiden er forbundet med elektroder for at danne et kredsløb, er dette princippet for solcellestrømproduktion.
Kort sagt er princippet om solcelleproduktion at bruge solceller til at absorbere 0.4 μ m-1.1 μM bølgelængde (for siliciumkrystal) sollys, som direkte omdanner lysenergi til elektrisk energiudgang.
Da elektriciteten genereret af solceller er jævnstrøm, hvis det er nødvendigt at levere strøm til husholdningsapparater eller forskellige elektriske apparater, er det nødvendigt at installere en DC/AC-konverter for at erstatte den med AC-strøm, før den kan leveres til husholdnings- eller industriel magt.
Opladningsudviklingen af ​​solceller Anvendelsen af ​​solceller i forbrugsvarer har for det meste problemet med opladning. Tidligere brugte de generelle opladningsobjekter NiMH eller NiCd tørre celler, men NiMH tørre celler kan ikke modstå høje temperaturer, og NiCd tørre celler har problemet med miljøforurening. Med den hurtige udvikling af superkondensatorer, stor kapacitet, anti-krympende område og lav pris, begyndte nogle solprodukter at bruge superkondensatorer som opladningsobjekter, hvilket forbedrede mange problemer med solopladning:
Hurtig opladning,
Levetiden er mere end 5 gange længere,
Opladningstemperaturområdet er bredt,
Reducer forbruget af solceller (kan oplades ved lavspænding)