Principi de la cèl·lula solar

El sol brilla a la unió pn del semiconductor per formar un nou parell forat-electró. Sota l'efecte del camp elèctric integrat a la unió pn, els forats fotogenerats flueixen a la regió p i els electrons fotogenerats flueixen a la regió n. Després de connectar el circuit, es genera corrent. Aquest és el principi de funcionament de les cèl·lules solars d'efecte fotoelèctric.
Hi ha dues maneres de generar energia solar, una és la conversió de llum-calor-electricitat i l'altra és la conversió directa de llum-electricitat.
Conversió fototèrmica-elèctrica
El mode de conversió llum-calor-electricitat genera electricitat utilitzant l'energia calorífica generada per la radiació solar. Generalment, l'energia calorífica absorbida es converteix en vapor del medi de treball pel col·lector solar, i després la turbina de vapor s'acciona per generar electricitat. El primer procés és el procés de conversió llum-calor; Aquest darrer procés és el procés de conversió calor-electricitat, que és el mateix que la generació d'energia tèrmica ordinària. El desavantatge de la generació d'energia solar tèrmica és que la seva eficiència és molt baixa i el seu cost és molt elevat. Es calcula que la seva inversió és almenys entre 5 i 10 vegades superior a la de les centrals tèrmiques ordinàries. Una central solar tèrmica de 1.000 MW necessita invertir entre 2 i 2.500 milions de dòlars EUA, amb una inversió mitjana d'1 kW de 2.000 a 2.500 dòlars EUA. Per tant, només es pot aplicar a ocasions especials a petita escala, mentre que la utilització a gran escala no és econòmica i no pot competir amb les centrals tèrmiques ordinàries o les centrals nuclears.
Conversió òptica-elèctrica directa
La generació d'energia de cèl·lules solars es fa d'acord amb les propietats fotoelèctriques de materials específics. Els cossos negres (com el sol) irradien ones electromagnètiques de diferents longituds d'ona (corresponents a diferents freqüències), com ara llum infraroja, ultraviolada, visible, etc. Quan aquests raigs s'irradien en diferents conductors o semiconductors, els fotons interaccionen amb els electrons lliures dels conductors. o semiconductors per generar corrent. Com més curta és la longitud d'ona i més gran és la freqüència del raig, més gran és l'energia que té. Per exemple, l'energia del raig ultraviolat és molt superior a la del raig infraroig. Tanmateix, l'energia dels raigs de totes les longituds d'ona no es pot convertir en energia elèctrica. Val a dir que l'efecte fotovoltaic és independent de la intensitat dels raigs. El corrent només es pot generar quan la freqüència arriba o supera el llindar que pot produir l'efecte fotovoltaic. La longitud d'ona màxima de la llum que pot fer que el semiconductor produeixi un efecte fotovoltaic està relacionada amb l'amplada de banda buida del semiconductor. Per exemple, l'amplada del buit de banda del silici cristal·lí és d'uns 1,155 eV a temperatura ambient. Per tant, només la llum amb una longitud d'ona inferior a 1100 nm pot fer que el silici cristal·lí produeixi un efecte fotovoltaic. La generació d'energia amb cèl·lules solars és un mètode de generació d'energia renovable i respectuós amb el medi ambient. No produirà gasos d'efecte hivernacle com el diòxid de carboni i no contaminarà el medi ambient. Segons els materials de producció, es pot dividir en bateria de semiconductor basada en silici, bateria de pel·lícula fina CdTe, bateria de pel·lícula prima CIGS, bateria de pel·lícula prima sensibilitzada per colorant, bateria de material orgànic, etc. Entre elles, les cèl·lules de silici es divideixen en un sol cristall. cèl·lules, cèl·lules policristalines i cèl·lules de pel·lícula fina de silici amorf. El paràmetre més important per a les cèl·lules solars és l'eficiència de conversió. Entre les cèl·lules solars basades en silici desenvolupades al laboratori, l'eficiència de les cèl·lules de silici monocristal·lí és del 25,0 per cent, l'eficiència de les cèl·lules de silici policristalí és del 20,4 per cent, l'eficiència de les cèl·lules de pel·lícula fina CIGS és del 19,6 per cent, l'eficiència de les cèl·lules de pel·lícula fina CdTe. és del 16,7% i l'eficiència de les cèl·lules de pel·lícula fina de silici amorf (silici amorf) és del 10,1%
La cèl·lula solar és una mena d'element fotoelèctric que pot convertir energia. La seva estructura bàsica es fa combinant semiconductors de tipus P i de tipus N. El material més bàsic dels semiconductors és el "silici", que no és conductor. Tanmateix, si es barregen diferents impureses als semiconductors, es poden convertir en semiconductors de tipus P i de tipus N. Aleshores, els semiconductors de tipus P tenen un forat (els semiconductors de tipus P tenen un electró menys amb càrrega negativa, que es pot considerar com una càrrega positiva més) i els semiconductors de tipus N tenen una diferència de potencial d'electrons lliures més per generar corrent, de manera que quan brilla el sol, l'energia lluminosa excita els electrons de l'àtom de silici per produir la convecció d'electrons i forats. Aquests electrons i forats es veuran afectats pel potencial integrat, i seran atrets per semiconductors de tipus N i tipus P, respectivament, i s'agruparan als dos extrems. En aquest moment, si l'exterior està connectat amb elèctrodes per formar un circuit, aquest és el principi de generació d'energia de cèl·lules solars.
En resum, el principi de generació d'energia solar fotovoltaica és utilitzar cèl·lules solars per absorbir la llum solar de longitud d'ona de 0.4 μ m{-1.1 μ M (per al cristall de silici), que converteix directament l'energia lluminosa en elèctrica. sortida d'energia.
Atès que l'electricitat generada per les cèl·lules solars és de corrent continu, si és necessari subministrar energia a electrodomèstics o diversos aparells elèctrics, cal instal·lar un convertidor de CC/CA per substituir-lo per energia de CA abans que es pugui subministrar a la llar o potència industrial.
El desenvolupament de la càrrega de les cèl·lules solars L'aplicació de les cèl·lules solars en béns de consum té principalment el problema de la càrrega. En el passat, els objectes de càrrega generals utilitzaven cèl·lules seques de NiMH o NiCd, però les cèl·lules seques de NiMH no poden resistir altes temperatures i les cèl·lules seques de NiCd tenen el problema de la contaminació ambiental. Amb el ràpid desenvolupament de supercondensadors, gran capacitat, àrea anti-encogiment i baix preu, alguns productes solars van començar a utilitzar supercondensadors com a objectes de càrrega, millorant així molts problemes de càrrega solar:
Càrrega ràpida,
La vida útil és més de 5 vegades més llarga,
El rang de temperatures de càrrega és ampli,
Reduir el consum de cèl·lules solars (es pot carregar a baixa tensió)