Saules elementa princips

Saule spīd uz pusvadītāju pn krustojuma, veidojot jaunu caurumu-elektronu pāri. Iebūvētā elektriskā lauka iedarbībā pn krustojumā foto ģenerētie caurumi plūst uz apgabalu p, un foto ģenerētie elektroni plūst uz n apgabalu. Pēc ķēdes pievienošanas tiek ģenerēta strāva. Tas ir fotoelektriskā efekta saules bateriju darbības princips.
Ir divi saules enerģijas ražošanas veidi: viens ir gaismas-siltuma-elektrības pārveidošana, bet otrs ir gaismas-elektrības tiešā pārveidošana.
Fototermiskā-elektriskā pārveidošana
Gaismas-siltuma-elektrības pārveidošanas režīms ģenerē elektroenerģiju, izmantojot saules starojuma radīto siltumenerģiju. Parasti absorbēto siltumenerģiju saules kolektors pārvērš darba vides tvaikā, un pēc tam tvaika turbīna tiek darbināta, lai ražotu elektroenerģiju. Iepriekšējais process ir gaismas-siltuma pārveidošanas process; Pēdējais process ir siltumenerģijas pārveidošanas process, kas ir tāds pats kā parastā siltumenerģijas ražošana. Saules siltumenerģijas ražošanas trūkums ir tas, ka tās efektivitāte ir ļoti zema un izmaksas ir ļoti augstas. Tiek lēsts, ka tās investīcijas ir vismaz 5 līdz 10 reizes lielākas nekā parastajām termoelektrostacijām. 1000MW saules termoelektrostacijā ir jāiegulda 2 līdz 2,5 miljardi ASV dolāru, vidēji investējot 1 kW no 2000 līdz 2500 ASV dolāriem. Tāpēc to var piemērot tikai īpašiem gadījumiem nelielā mērogā, savukārt liela mēroga izmantošana nav ekonomiska un nevar konkurēt ar parastajām termoelektrostacijām vai atomelektrostacijām.
Tieša optiskā-elektriskā pārveidošana
Saules elementu enerģijas ražošana tiek veikta atbilstoši konkrētu materiālu fotoelektriskajām īpašībām. Melnie ķermeņi (piemēram, saule) izstaro dažāda viļņa garuma (atbilst dažādām frekvencēm) elektromagnētiskos viļņus, piemēram, infrasarkano, ultravioleto, redzamo gaismu utt. Kad šie stari tiek apstaroti uz dažādiem vadītājiem vai pusvadītājiem, fotoni mijiedarbojas ar brīvajiem elektroniem vadītājos. vai pusvadītāji, lai radītu strāvu. Jo īsāks ir stara viļņa garums un augstāka frekvence, jo lielāka ir tā enerģija. Piemēram, ultravioletā starojuma enerģija ir daudz lielāka nekā infrasarkanā starojuma enerģija. Tomēr visu viļņu garumu staru enerģiju nevar pārvērst elektriskajā enerģijā. Ir vērts atzīmēt, ka fotoelektriskais efekts nav atkarīgs no staru intensitātes. Strāvu var ģenerēt tikai tad, ja frekvence sasniedz vai pārsniedz slieksni, kas var radīt fotoelektrisko efektu. Maksimālais gaismas viļņa garums, kas var likt pusvadītājam radīt fotoelektrisko efektu, ir saistīts ar pusvadītāja joslas spraugas platumu. Piemēram, kristāliskā silīcija joslas spraugas platums istabas temperatūrā ir aptuveni 1,155 eV. Tāpēc tikai gaisma, kuras viļņa garums ir mazāks par 1100 nm, var likt kristāliskajam silīcijam radīt fotoelektrisko efektu. Saules elementu enerģijas ražošana ir atjaunojama un videi draudzīga elektroenerģijas ražošanas metode. Tas neradīs siltumnīcefekta gāzes, piemēram, oglekļa dioksīdu, un nepiesārņos vidi. Saskaņā ar ražošanas materiāliem to var iedalīt silīcija bāzes pusvadītāju akumulatoros, CdTe plānās plēves akumulatoros, CIGS plānās plēves akumulatoros, krāsvielu jutīgās plānās plēves akumulatoros, organisko materiālu akumulatoros utt. Starp tiem silīcija šūnas ir sadalītas monokristāla akumulatoros. šūnas, polikristāliskas šūnas un amorfās silīcija plānslāņa šūnas. Vissvarīgākais saules bateriju parametrs ir konversijas efektivitāte. No laboratorijā izstrādātajām silīcija bāzes saules baterijām monokristāliskā silīcija elementu efektivitāte ir 25,0 procenti, polikristāliskā silīcija elementu efektivitāte ir 20,4 procenti, CIGS plānās plēves elementu efektivitāte ir 19,6 procenti, CdTe plānslāņa elementu efektivitāte ir 20,4 procenti. ir 16,7 procenti, un amorfā silīcija (amorfā silīcija) plānslāņa šūnu efektivitāte ir 10,1 procenti
Saules baterija ir sava veida fotoelektrisks elements, kas var pārveidot enerģiju. Tā pamatstruktūra veidota, kombinējot P tipa un N tipa pusvadītājus. Pusvadītāju visvienkāršākais materiāls ir "silīcijs", kas ir nevadošs. Tomēr, ja pusvadītājos tiek sajaukti dažādi piemaisījumi, tos var izgatavot par P un N tipa pusvadītājiem. Tad P tipa pusvadītājiem ir caurums (P tipa pusvadītājiem ir par vienu elektronu mazāk ar negatīvu lādiņu, ko var uzskatīt par vēl vienu pozitīvo lādiņu), un N tipa pusvadītājiem ir vēl par vienu brīvo elektronu potenciālu starpību, lai radītu strāvu, tāpēc kad saule spīd, Gaismas enerģija ierosina elektronus silīcija atomā, lai radītu elektronu un caurumu konvekciju. Šos elektronus un caurumus ietekmēs iebūvētais potenciāls, un tos piesaistīs attiecīgi N un P tipa pusvadītāji, un tie pulcēsies abos galos. Šobrīd, ja ārpuse ir savienota ar elektrodiem, lai izveidotu ķēdi, tas ir saules bateriju enerģijas ražošanas princips.
Īsāk sakot, saules fotoelektriskās enerģijas ražošanas princips ir izmantot saules baterijas, lai absorbētu 0,4 μm-1,1 μM viļņa garumu (silīcija kristālam) saules gaismu, kas tieši pārvērš gaismas enerģiju elektriskajā. enerģijas izlaide.
Tā kā saules bateriju saražotā elektroenerģija ir līdzstrāva, ja nepieciešams nodrošināt ar strāvu sadzīves ierīcēm vai dažādām elektroierīcēm, ir nepieciešams uzstādīt līdzstrāvas/maiņstrāvas pārveidotāju, lai to aizstātu ar maiņstrāvu, pirms to var piegādāt mājsaimniecībai vai rūpnieciskā jauda.
Saules bateriju uzlādes attīstība Saules bateriju izmantošana patēriņa precēs lielākoties ir saistīta ar uzlādes problēmu. Agrāk vispārējie uzlādes objekti izmantoja NiMH vai NiCd sausos elementus, bet NiMH sausie elementi nespēj izturēt augstu temperatūru, un NiCd sausie elementi rada vides piesārņojuma problēmu. Strauji attīstoties superkondensatoriem, lielai jaudai, pretsarukšanas laukumam un zemām cenām, daži saules enerģijas produkti sāka izmantot superkondensatorus kā uzlādes objektus, tādējādi uzlabojot daudzas saules uzlādes problēmas:
Ātra uzlāde,
Kalpošanas laiks ir vairāk nekā 5 reizes garāks,
Uzlādes temperatūras diapazons ir plašs,
Samaziniet saules bateriju patēriņu (var uzlādēt ar zemu spriegumu)