Princip solarne ćelije

Sunce obasjava pn spoj poluvodiča i formira novi par rupa-elektron. Pod dejstvom ugrađenog električnog polja u pn spoju, foto generirane rupe teku u p područje, a foto generirani elektroni teku u n područje. Nakon što je kolo spojeno, stvara se struja. Ovo je princip rada solarnih ćelija sa fotoelektričnim efektom.
Postoje dva načina za proizvodnju solarne energije, jedan je konverzija svjetlost-toplina-električna energija, a drugi je direktna konverzija svjetlost-električna energija.
Fototermalno-električna konverzija
Način konverzije svjetlost-toplota-elektrika proizvodi električnu energiju korištenjem toplinske energije koju stvara sunčevo zračenje. Općenito, apsorbirana toplinska energija se pretvara u paru radnog medija pomoću solarnog kolektora, a zatim se parna turbina pokreće da proizvodi električnu energiju. Prvi proces je proces konverzije svjetlosti u toplinu; Potonji proces je proces pretvaranja toplote u električnu energiju, koji je isti kao i obična proizvodnja toplotne energije. Nedostatak solarne termalne energije je što je njena efikasnost vrlo niska, a cijena vrlo visoka. Procjenjuje se da je njegova investicija barem 5 do 10 puta veća od ulaganja u obične termoelektrane. U solarnu termoelektranu od 1000 MW potrebno je uložiti 2 do 2,5 milijardi američkih dolara, uz prosječnu investiciju od 1 kW od 2000 do 2500 američkih dolara. Stoga se može primijeniti samo u posebnim prilikama u malom obimu, dok korištenje velikih razmjera nije ekonomično i ne može konkurirati običnim termoelektranama ili nuklearnim elektranama.
Direktna optičko-električna konverzija
Proizvodnja energije solarnih ćelija se vrši prema fotoelektričnim svojstvima određenih materijala. Crna tijela (kao što je sunce) zrače elektromagnetne valove različitih valnih dužina (koje odgovaraju različitim frekvencijama), kao što su infracrveno, ultraljubičasto, vidljivo svjetlo, itd. Kada se ovi zraci zrače na različite provodnike ili poluvodiče, fotoni stupaju u interakciju sa slobodnim elektronima u provodnicima ili poluvodiča za stvaranje struje. Što je kraća talasna dužina i što je veća frekvencija zraka, to je veća energija. Na primjer, energija ultraljubičastog zraka je mnogo veća od energije infracrvenog zraka. Međutim, energija zraka svih valnih dužina ne može se pretvoriti u električnu energiju. Vrijedi napomenuti da je fotonaponski efekat neovisan o intenzitetu zraka. Struja se može generirati samo kada frekvencija dostigne ili premaši prag koji može proizvesti fotonaponski efekat. Maksimalna talasna dužina svetlosti koja može da natera poluprovodnik da proizvede fotonaponski efekat povezana je sa širinom pojasnog pojasa poluprovodnika. Na primjer, širina pojasnog pojasa kristalnog silicija je oko 1,155eV na sobnoj temperaturi. Stoga, samo svjetlost sa talasnom dužinom manjom od 1100nm može učiniti da kristalni silicijum proizvodi fotonaponski efekat. Proizvodnja energije od solarnih ćelija je obnovljiva i ekološki prihvatljiva metoda proizvodnje energije. Neće proizvoditi stakleničke plinove kao što je ugljični dioksid i neće zagađivati ​​okoliš. Prema materijalima za proizvodnju, može se podijeliti na poluvodičku bateriju na bazi silicija, tankoslojnu bateriju CdTe, tankofilnu bateriju CIGS, tankofilnu bateriju osjetljivu na boju, bateriju organskog materijala, itd. Među njima, silikonske ćelije se dijele na monokristalne ćelije, polikristalne ćelije i ćelije tankog filma amorfnog silicija. Najvažniji parametar za solarne ćelije je efikasnost konverzije. Među solarnim ćelijama na bazi silicijuma koje su razvijene u laboratoriji, efikasnost monokristalnih silicijumskih ćelija je 25,0 odsto, efikasnost polikristalnih silicijumskih ćelija je 20,4 odsto, efikasnost ćelija tankog filma CIGS je 19,6 odsto, efikasnost ćelija tankog filma CdTe iznosi 16,7 posto, a efikasnost tankoslojnih ćelija amorfnog silicija (amorfnog silicija) je 10,1 posto
Solarna ćelija je vrsta fotoelektričnog elementa koji može pretvoriti energiju. Njegova osnovna struktura je napravljena kombinacijom poluvodiča P-tipa i N-tipa. Najosnovniji materijal poluprovodnika je "silicijum", koji nije provodljiv. Međutim, ako su različite nečistoće pomiješane u poluvodičima, od njih se mogu napraviti poluvodiči P-tipa i N-tipa. Zatim, poluprovodnici tipa P imaju rupu (poluprovodnici tipa P imaju jedan elektron manje sa negativnim nabojem, što se može smatrati jednim pozitivnim naelektrisanjem), a poluprovodnici tipa N imaju još jednu potencijalnu razliku slobodnih elektrona za stvaranje struje, pa kada sunce sija, svjetlosna energija pobuđuje elektrone u atomu silicija da bi proizvela konvekciju elektrona i rupa. Ovi elektroni i rupe će biti pod uticajem ugrađenog potencijala, i biće privučeni poluprovodnicima N-tipa i P-tipa, i skupljaće se na oba kraja. U ovom trenutku, ako je vanjska strana povezana s elektrodama kako bi se formiralo kolo, to je princip proizvodnje energije solarnih ćelija.
Ukratko, princip solarne fotonaponske proizvodnje energije je korištenje solarnih ćelija za apsorpciju sunčeve svjetlosti 0.4 μ m-1.1 μM talasne dužine (za kristal silicijuma), koja direktno pretvara svjetlosnu energiju u električnu izlaz energije.
Budući da je električna energija koju proizvode solarne ćelije jednosmjerna struja, ukoliko je potrebno napajanje kućanskih aparata ili raznih električnih uređaja potrebno je ugraditi DC/AC pretvarač koji će ga zamijeniti izmjeničnom strujom prije nego što se može napajati kućanstvo ili industrijska snaga.
Razvoj punjenja solarnih ćelija Primena solarnih ćelija u robi široke potrošnje uglavnom ima problem punjenja. U prošlosti su generalni objekti za punjenje koristili suhe ćelije NiMH ili NiCd, ali NiMH suhe ćelije ne mogu odoljeti visokoj temperaturi, a NiCd suhe ćelije imaju problem zagađenja okoline. S brzim razvojem superkondenzatora, velikog kapaciteta, površine protiv skupljanja i niske cijene, neki solarni proizvodi su počeli koristiti superkondenzatore kao objekte za punjenje, čime su se poboljšali mnogi problemi solarnog punjenja:
brzo punjenje,
Vek trajanja je više od 5 puta duži,
Raspon temperature punjenja je širok,
Smanjite potrošnju solarnih ćelija (mogu se puniti na niskom naponu)