Принцип на слънчевата клетка

Слънцето огрява pn прехода на полупроводника, за да образува нова двойка дупка-електрон. Под въздействието на вграденото електрическо поле в pn прехода, фотогенерираните дупки протичат към p областта, а фотогенерираните електрони текат към n областта. След свързване на веригата се генерира ток. Това е принципът на работа на слънчевите клетки с фотоелектричен ефект.
Има два начина за генериране на слънчева енергия, единият е преобразуване на светлина-топлина-електричество, а другият е директно преобразуване на светлина-електричество.
Фототермично-електрическо преобразуване
Режимът на преобразуване на светлина-топлина-електричество генерира електричество чрез използване на топлинната енергия, генерирана от слънчевата радиация. Обикновено абсорбираната топлинна енергия се преобразува в пара на работната среда от слънчевия колектор и след това парната турбина се задвижва за генериране на електричество. Първият процес е процесът на преобразуване на светлината и топлината; Последният процес е процесът на преобразуване на топлина-електричество, който е същият като обикновеното производство на топлинна енергия. Недостатъкът на слънчевото топлинно производство на енергия е, че неговата ефективност е много ниска и цената му е много висока. Смята се, че неговата инвестиция е поне 5 до 10 пъти по-висока от тази на обикновените ТЕЦ. Слънчева термична електроцентрала с мощност 1000 MW трябва да инвестира 2 до 2,5 милиарда щатски долара, със средна инвестиция от 1 kW от 2000 до 2500 щатски долара. Поради това може да се прилага само при специални случаи в малък мащаб, докато широкомащабното използване не е икономично и не може да се конкурира с обикновените топлоелектрически централи или атомни електроцентрали.
Директно оптично-електрическо преобразуване
Генерирането на енергия от слънчеви клетки се извършва в съответствие с фотоелектричните свойства на конкретни материали. Черните тела (като слънцето) излъчват електромагнитни вълни с различни дължини на вълната (съответстващи на различни честоти), като инфрачервена, ултравиолетова, видима светлина и т.н. Когато тези лъчи се облъчват върху различни проводници или полупроводници, фотоните взаимодействат със свободните електрони в проводниците или полупроводници за генериране на ток. Колкото по-къса е дължината на вълната и колкото по-висока е честотата на лъча, толкова по-висока е енергията му. Например енергията на ултравиолетовите лъчи е много по-висока от тази на инфрачервените лъчи. Енергията на лъчите с всички дължини на вълната обаче не може да се преобразува в електрическа енергия. Струва си да се отбележи, че фотоволтаичният ефект не зависи от интензитета на лъчите. Токът може да се генерира само когато честотата достигне или надвиши прага, който може да предизвика фотоволтаичен ефект. Максималната дължина на вълната на светлината, която може да накара полупроводника да произведе фотоволтаичен ефект, е свързана с ширината на забранената лента на полупроводника. Например ширината на забранената лента на кристален силиций е около 1,155 eV при стайна температура. Следователно само светлината с дължина на вълната под 1100nm може да накара кристалния силиций да произвежда фотоволтаичен ефект. Производството на енергия от слънчеви клетки е възобновяем и екологичен метод за производство на енергия. Той няма да произвежда парникови газове като въглероден диоксид и няма да замърсява околната среда. Според производствените материали, тя може да бъде разделена на полупроводникова батерия на основата на силиций, тънкослойна батерия CdTe, тънкослойна батерия CIGS, чувствителна към багрило тънкослойна батерия, батерия от органичен материал и др. Сред тях силициевите клетки са разделени на монокристални клетки, поликристални клетки и тънкослойни клетки от аморфен силиций. Най-важният параметър за слънчевите клетки е ефективността на преобразуване. Сред базираните на силиций соларни клетки, разработени в лабораторията, ефективността на монокристалните силициеви клетки е 25,0 процента, ефективността на поликристалните силициеви клетки е 20,4 процента, ефективността на CIGS тънкослойните клетки е 19,6 процента, ефективността на CdTe тънкослойните клетки е 16,7 процента, а ефективността на тънкослойните клетки от аморфен силиций (аморфен силиций) е 10,1 процента
Слънчевата клетка е вид фотоелектричен елемент, който може да преобразува енергия. Основната му структура е направена чрез комбиниране на P-тип и N-тип полупроводници. Най-основният материал на полупроводниците е "силиций", който е непроводим. Въпреки това, ако различни примеси се смесват в полупроводниците, те могат да бъдат направени в полупроводници от тип P и N. Тогава полупроводниците от P-тип имат дупка (полупроводниците от P-тип имат един по-малко електрон с отрицателен заряд, който може да се разглежда като още един положителен заряд), а полупроводниците от N-тип имат още една потенциална разлика на свободен електрон за генериране на ток, така че когато слънцето грее, светлинната енергия възбужда електроните в силициевия атом, за да произведе конвекция на електрони и дупки. Тези електрони и дупки ще бъдат повлияни от вградения потенциал и ще бъдат привлечени съответно от N-тип и P-тип полупроводници и ще се съберат в двата края. В този момент, ако външната страна е свързана с електроди, за да образува верига, това е принципът на генериране на енергия от слънчеви клетки.
Накратко, принципът на слънчевото фотоволтаично генериране на енергия е използването на слънчеви клетки за абсорбиране на 0.4 μm-1.1 μM дължина на вълната (за силициев кристал) слънчева светлина, която директно преобразува светлинната енергия в електрическа изходна енергия.
Тъй като електричеството, генерирано от слънчевите клетки, е постоянен ток, ако е необходимо да се осигури захранване на домакински уреди или различни електрически уреди, е необходимо да се инсталира DC/AC преобразувател, който да го замени с променлив ток, преди да може да се достави на домакинство или индустриална мощност.
Развитието на зареждането на слънчевите клетки Приложението на слънчевите клетки в потребителските стоки има най-вече проблема със зареждането. В миналото общите обекти за зареждане използваха NiMH или NiCd сухи клетки, но NiMH сухите клетки не могат да устоят на висока температура, а NiCd сухите клетки имат проблема със замърсяването на околната среда. С бързото развитие на суперкондензаторите, голям капацитет, анти-свиваща се площ и ниска цена, някои соларни продукти започнаха да използват суперкондензатори като обекти за зареждане, като по този начин подобриха много проблеми на слънчевото зареждане:
Бързо зареждане,
Срокът на експлоатация е повече от 5 пъти по-дълъг,
Температурният диапазон на зареждане е широк,
Намалете консумацията на слънчеви клетки (могат да се зареждат при ниско напрежение)