Princip solarne ćelije

Sunce obasjava pn spoj poluvodiča i stvara novi par rupa-elektron. Pod djelovanjem ugrađenog električnog polja u pn spoj, foto-generirane rupe teku u p područje, a foto-generirani elektroni teku u n područje. Nakon spajanja strujnog kruga stvara se struja. Ovo je princip rada solarnih ćelija s fotoelektričnim učinkom.
Postoje dva načina proizvodnje solarne energije, jedan je pretvorba svjetlost-toplina-električna energija, a drugi izravna pretvorba svjetlost-električna energija.
Fototermalno-električna pretvorba
Način pretvorbe svjetlost-toplina-električna energija stvara električnu energiju korištenjem toplinske energije koju stvara sunčevo zračenje. Općenito, apsorbirana toplinska energija solarnim kolektorom pretvara se u paru radnog medija, a zatim se parna turbina pokreće za proizvodnju električne energije. Prvi proces je proces pretvorbe svjetlosti i topline; Potonji proces je proces pretvorbe topline u električnu energiju, koji je isti kao i obična proizvodnja toplinske energije. Nedostatak solarne toplinske energije je što je njezina učinkovitost vrlo niska, a cijena vrlo visoka. Procjenjuje se da je njezino ulaganje barem 5 do 10 puta veće od ulaganja u obične termoelektrane. U solarnu termoelektranu snage 1000 MW potrebno je uložiti 2 do 2,5 milijarde američkih dolara, s prosječnom investicijom od 1 kW od 2000 do 2500 američkih dolara. Stoga se može primijeniti samo u posebnim prilikama u malom opsegu, dok veliko korištenje nije ekonomično i ne može konkurirati običnim termoelektranama ili nuklearnim elektranama.
Izravna optičko-električna pretvorba
Proizvodnja energije solarnih ćelija je napravljena prema fotoelektričnim svojstvima specifičnih materijala. Crna tijela (kao što je Sunce) zrače elektromagnetske valove različitih valnih duljina (koje odgovaraju različitim frekvencijama), kao što su infracrveno, ultraljubičasto, vidljivo svjetlo, itd. Kada se ove zrake obasjaju na različite vodiče ili poluvodiče, fotoni stupaju u interakciju sa slobodnim elektronima u vodičima. ili poluvodiča za stvaranje struje. Što je valna duljina kraća i veća frekvencija zrake, to ima veću energiju. Na primjer, energija ultraljubičastog zračenja mnogo je veća od energije infracrvenog zračenja. Međutim, energija zraka svih valnih duljina ne može se pretvoriti u električnu energiju. Vrijedno je napomenuti da je fotonaponski učinak neovisan o intenzitetu zraka. Struja se može generirati samo kada frekvencija dosegne ili premaši prag koji može proizvesti fotonaponski učinak. Maksimalna valna duljina svjetlosti koja može izazvati fotonaponski učinak poluvodiča povezana je sa širinom zabranjenog pojasa poluvodiča. Na primjer, širina zabranjenog pojasa kristalnog silicija je oko 1,155 eV na sobnoj temperaturi. Stoga samo svjetlo valne duljine manje od 1100nm može izazvati fotonaponski učinak kristalnog silicija. Proizvodnja energije solarnim ćelijama obnovljiva je i ekološki prihvatljiva metoda proizvodnje električne energije. Neće proizvoditi stakleničke plinove poput ugljičnog dioksida i neće zagađivati ​​okoliš. Prema proizvodnom materijalu, može se podijeliti na poluvodičku bateriju na bazi silicija, bateriju tankog filma CdTe, bateriju tankog filma CIGS, bateriju tankog filma osjetljivu na boju, bateriju organskog materijala itd. Među njima, silicijske ćelije se dijele na monokristalne ćelije, polikristalne ćelije i tankoslojne ćelije amorfnog silicija. Najvažniji parametar za solarne ćelije je učinkovitost pretvorbe. Među solarnim ćelijama na bazi silicija razvijenim u laboratoriju, učinkovitost monokristalnih silicijskih ćelija je 25,0 posto, učinkovitost polikristalnih silicijskih ćelija je 20,4 posto, učinkovitost CIGS tankoslojnih ćelija je 19,6 posto, učinkovitost CdTe tankoslojnih ćelija iznosi 16,7 posto, a učinkovitost tankoslojnih ćelija od amorfnog silicija (amorfni silicij) iznosi 10,1 posto
Solarna ćelija je vrsta fotoelektričnog elementa koji može pretvarati energiju. Njegova osnovna struktura napravljena je kombinacijom P-tipa i N-tipa poluvodiča. Najosnovniji materijal poluvodiča je "silicij", koji nije vodljiv. Međutim, ako se u poluvodiče pomiješaju različite nečistoće, od njih se mogu napraviti poluvodiči P-tipa i N-tipa. Zatim, poluvodiči P-tipa imaju rupu (poluvodiči P-tipa imaju jedan elektron manje s negativnim nabojem, što se može smatrati još jednim pozitivnim nabojem), a poluvodiči N-tipa imaju još jednu razliku potencijala slobodnog elektrona za stvaranje struje, pa kada sunce sja, svjetlosna energija pobuđuje elektrone u atomu silicija da proizvede konvekciju elektrona i rupa. Na ove elektrone i rupe će utjecati ugrađeni potencijal, a privlačit će ih poluvodiči N-tipa i P-tipa, te će se skupiti na oba kraja. U ovom trenutku, ako je vanjska strana spojena s elektrodama u obliku strujnog kruga, to je princip proizvodnje energije solarnih ćelija.
Ukratko, načelo solarne fotonaponske proizvodnje energije je korištenje solarnih ćelija za apsorpciju sunčeve svjetlosti valne duljine 0.4 μm-1.1 μM (za silicijeve kristale), koja izravno pretvara svjetlosnu energiju u električnu izlazna energija.
Budući da je električna energija koju solarne ćelije proizvode istosmjerna struja, ako je potrebno napajati kućanske aparate ili razne električne uređaje, potrebno je ugraditi DC/AC pretvarač koji će je zamijeniti izmjeničnom strujom prije nego što se može opskrbljivati ​​kućanstvom ili industrijska snaga.
Razvoj punjenja solarnih ćelija Primjena solarnih ćelija u robi široke potrošnje uglavnom ima problem punjenja. U prošlosti su opći objekti za punjenje koristili NiMH ili NiCd suhe ćelije, ali NiMH suhe ćelije ne mogu izdržati visoke temperature, a NiCd suhe ćelije imaju problem zagađenja okoliša. S brzim razvojem superkondenzatora, velikim kapacitetom, površinom protiv skupljanja i niskom cijenom, neki solarni proizvodi počeli su koristiti superkondenzatore kao objekte za punjenje, čime su se riješili mnogi problemi solarnog punjenja:
Brzo punjenje,
Vijek trajanja je više od 5 puta duži,
Raspon temperature punjenja je širok,
Smanjite potrošnju solarnih ćelija (mogu se puniti na niskom naponu)