Principen för solcell

Solen skiner på halvledar-pn-övergången för att bilda ett nytt hål-elektronpar. Under inverkan av det inbyggda elektriska fältet i pn-övergången strömmar de fotogenererade hålen till p-området och de fotogenererade elektronerna strömmar till n-området. Efter att kretsen är ansluten genereras strömmen. Detta är arbetsprincipen för solceller med fotoelektrisk effekt.
Det finns två sätt att generera solenergi, ett är ljus-värme-el-konvertering och det andra är ljus-el direkt konvertering.
Fototermisk-elektrisk omvandling
Ljus-värme-el-konverteringsläget genererar elektricitet genom att använda värmeenergin som genereras av solstrålningen. I allmänhet omvandlas den absorberade värmeenergin till ånga av arbetsmedium av solfångaren, och sedan drivs ångturbinen för att generera elektricitet. Den förra processen är ljus-värmeomvandlingsprocessen; Den senare processen är värme-elektricitetsomvandlingsprocessen, som är densamma som den vanliga termiska kraftgenereringen. Nackdelen med solvärmekraft är att dess effektivitet är mycket låg och dess kostnad är mycket hög. Det uppskattas att dess investering är minst 5 till 10 gånger högre än i vanliga värmekraftverk. Ett 1000MW solvärmekraftverk behöver investera 2 till 2,5 miljarder US-dollar, med en genomsnittlig investering på 1 kW av 2000 till 2500 US-dollar. Därför kan den endast tillämpas vid speciella tillfällen i liten skala, medan storskalig användning inte är ekonomiskt och inte kan konkurrera med vanliga värmekraftverk eller kärnkraftverk.
Direkt optisk-elektrisk omvandling
Solcellskraftgenerering görs enligt de fotoelektriska egenskaperna hos specifika material. Svarta kroppar (som solen) utstrålar elektromagnetiska vågor med olika våglängder (motsvarande olika frekvenser), såsom infrarött, ultraviolett, synligt ljus etc. När dessa strålar bestrålas på olika ledare eller halvledare samverkar fotoner med fria elektroner i ledarna eller halvledare för att generera ström. Ju kortare våglängd och ju högre frekvens strålen har, desto högre energi har den. Till exempel är energin för ultraviolett strålning mycket högre än för infraröd strålning. Men energin från strålar av alla våglängder kan inte omvandlas till elektrisk energi. Det är värt att notera att den fotovoltaiska effekten är oberoende av strålarnas intensitet. Strömmen kan bara genereras när frekvensen når eller överstiger tröskeln som kan producera solcellseffekten. Den maximala våglängden för ljuset som kan få halvledaren att producera fotovoltaisk effekt är relaterad till bandgapets bredd på halvledaren. Till exempel är bandgapets bredd för kristallint kisel ca 1,155 eV vid rumstemperatur. Därför kan bara ljuset med en våglängd mindre än 1100nm få det kristallina kislet att producera fotovoltaisk effekt. Solcellskraftgenerering är en förnybar och miljövänlig kraftgenereringsmetod. Det kommer inte att producera växthusgaser som koldioxid och kommer inte att förorena miljön. Enligt produktionsmaterialet kan det delas in i kiselbaserat halvledarbatteri, CdTe tunnfilmsbatteri, CIGS tunnfilmsbatteri, färgsensibiliserat tunnfilmsbatteri, organiskt materialbatteri etc. Bland dem är kiselceller uppdelade i enkristaller celler, polykristallina celler och tunnfilmsceller av amorft kisel. Den viktigaste parametern för solceller är omvandlingseffektiviteten. Bland de kiselbaserade solceller som utvecklats i laboratoriet är effektiviteten för monokristallina kiselceller 25,0 procent, effektiviteten för polykristallina kiselceller är 20,4 procent, effektiviteten för CIGS-tunnfilmsceller är 19,6 procent, effektiviteten för CdTe-tunnfilmsceller är 16,7 procent och effektiviteten för tunnfilmsceller i amorft kisel (amorft kisel) är 10,1 procent
Solcellen är ett slags fotoelektriskt element som kan omvandla energi. Dess grundläggande struktur är gjord genom att kombinera halvledare av P-typ och N-typ. Det mest grundläggande materialet i halvledare är "kisel", som är icke-ledande. Men om olika föroreningar blandas i halvledarna kan de göras till halvledare av P-typ och N-typ. Sedan har halvledare av P-typ ett hål (halvledare av P-typ har en elektron mindre med negativ laddning, vilket kan betraktas som en positiv laddning till), och halvledare av N-typ har ytterligare en fri elektronpotentialskillnad för att generera ström, så när solen skiner exciterar ljusenergin elektronerna i kiselatomen för att producera konvektion av elektroner och hål. Dessa elektroner och hål kommer att påverkas av den inbyggda potentialen och kommer att attraheras av halvledare av N-typ respektive P-typ, och kommer att samlas i båda ändar. Vid denna tidpunkt, om utsidan är ansluten med elektroder för att bilda en krets, är detta principen för solcellsenergigenerering.
Kort sagt är principen för solenergiproduktion att använda solceller för att absorbera 0.4 μ m-1.1 μM våglängd (för kiselkristall) solljus, som direkt omvandlar ljusenergi till elektrisk energiproduktion.
Eftersom elen som genereras av solceller är likström, om det är nödvändigt att förse hushållsapparater eller olika elektriska apparater med ström, är det nödvändigt att installera en DC/AC-omvandlare för att ersätta den med växelström innan den kan levereras till hushålls- eller industriell kraft.
Laddningsutvecklingen av solceller Användningen av solceller i konsumtionsvaror har för det mesta problemet med laddning. Tidigare använde de allmänna laddningsobjekten NiMH- eller NiCd-torrceller, men NiMH-torrceller kan inte motstå höga temperaturer, och NiCd-torrceller har problemet med miljöföroreningar. Med den snabba utvecklingen av superkondensatorer, stor kapacitet, anti-krympområde och lågt pris, började vissa solenergiprodukter använda superkondensatorer som laddningsobjekt, vilket förbättrade många problem med solladdning:
Snabbladdning,
Livslängden är mer än 5 gånger längre,
Laddningstemperaturområdet är brett,
Minska förbrukningen av solceller (kan laddas med låg spänning)