Principe van zonnecel

De zon schijnt op de pn-overgang van de halfgeleider en vormt zo een nieuw gat-elektronenpaar. Onder invloed van het ingebouwde elektrische veld in de pn-overgang stromen de foto-gegenereerde gaten naar het p-gebied en de foto-gegenereerde elektronen stromen naar het n-gebied. Nadat het circuit is aangesloten, wordt de stroom gegenereerd. Dit is het werkingsprincipe van zonnecellen met foto-elektrisch effect.
Er zijn twee manieren om zonne-energie op te wekken, de ene is de conversie van licht-warmte-elektriciteit en de andere is de directe conversie van licht-elektriciteit.
Fotothermische-elektrische conversie
De omzettingsmodus licht-warmte-elektriciteit wekt elektriciteit op door gebruik te maken van de warmte-energie die wordt gegenereerd door de zonnestraling. Over het algemeen wordt de geabsorbeerde warmte-energie door de zonnecollector omgezet in de stoom van het werkmedium en vervolgens wordt de stoomturbine aangedreven om elektriciteit op te wekken. Het eerste proces is het conversieproces met lichte warmte; Het laatste proces is het warmte-elektriciteitsomzettingsproces, dat hetzelfde is als de gewone thermische energieopwekking. Het nadeel van thermische zonne-energieopwekking is dat het rendement erg laag is en de kosten erg hoog. Naar schatting is de investering ervan minstens 5 tot 10 keer hoger dan die van gewone thermische centrales. Een thermische zonne-energiecentrale van 1000 MW moet 2 tot 2,5 miljard dollar investeren, met een gemiddelde investering van 1 kW van 2000 tot 2500 dollar. Daarom kan het alleen op kleine schaal worden toegepast bij speciale gelegenheden, terwijl grootschalige toepassing niet economisch is en niet kan concurreren met gewone warmtekrachtcentrales of kerncentrales.
Directe optisch-elektrische conversie
De opwekking van zonnecellen vindt plaats op basis van de foto-elektrische eigenschappen van specifieke materialen. Zwarte lichamen (zoals de zon) stralen elektromagnetische golven uit met verschillende golflengten (overeenkomend met verschillende frequenties), zoals infrarood, ultraviolet, zichtbaar licht, enz. Wanneer deze stralen op verschillende geleiders of halfgeleiders worden bestraald, interageren fotonen met vrije elektronen in de geleiders of halfgeleiders om stroom op te wekken. Hoe korter de golflengte en hoe hoger de frequentie van de straal, hoe hoger de energie die deze heeft. De energie van ultraviolette straling is bijvoorbeeld veel hoger dan die van infraroodstraling. De energie van stralen van alle golflengten kan echter niet worden omgezet in elektrische energie. Het is vermeldenswaard dat het fotovoltaïsche effect onafhankelijk is van de intensiteit van de stralen. De stroom kan alleen worden gegenereerd wanneer de frequentie de drempel bereikt of overschrijdt die het fotovoltaïsche effect kan produceren. De maximale golflengte van het licht dat de halfgeleider een fotovoltaïsch effect kan laten produceren, is gerelateerd aan de breedte van de bandafstand van de halfgeleider. De breedte van de bandafstand van kristallijn silicium is bijvoorbeeld ongeveer 1,155 eV bij kamertemperatuur. Daarom kan alleen licht met een golflengte van minder dan 1100 nm het kristallijne silicium een ​​fotovoltaïsch effect geven. Het opwekken van energie door zonnecellen is een hernieuwbare en milieuvriendelijke methode voor het opwekken van energie. Het produceert geen broeikasgassen zoals kooldioxide en vervuilt het milieu niet. Volgens de productiematerialen kan het worden onderverdeeld in op silicium gebaseerde halfgeleiderbatterijen, CdTe-dunne-filmbatterijen, CIGS-dunne-filmbatterijen, kleurstofgevoelige dunne-filmbatterijen, organische materiaalbatterijen, enz. Onder hen zijn siliciumcellen verdeeld in een enkel kristal cellen, polykristallijne cellen en dunne-filmcellen van amorf silicium. De belangrijkste parameter voor zonnecellen is het conversierendement. Onder de op silicium gebaseerde zonnecellen die in het laboratorium zijn ontwikkeld, is de efficiëntie van monokristallijne siliciumcellen 25,0 procent, de efficiëntie van polykristallijne siliciumcellen is 20,4 procent, de efficiëntie van CIGS dunne-filmcellen is 19,6 procent, de efficiëntie van CdTe dunne-filmcellen is 16,7 procent, en de efficiëntie van dunne-filmcellen van amorf silicium (amorf silicium) is 10,1 procent
De zonnecel is een soort foto-elektrisch element dat energie kan omzetten. De basisstructuur is gemaakt door P-type en N-type halfgeleiders te combineren. Het meest basale materiaal van halfgeleiders is "silicium", dat niet geleidend is. Als echter verschillende onzuiverheden in de halfgeleiders worden gemengd, kunnen er P-type en N-type halfgeleiders van worden gemaakt. Dan hebben halfgeleiders van het P-type een gat (halfgeleiders van het P-type hebben één elektron minder met een negatieve lading, wat kan worden beschouwd als één positieve lading meer), en halfgeleiders van het N-type hebben nog een vrij elektronenpotentiaalverschil om stroom te genereren, dus wanneer de zon schijnt, prikkelt de lichtenergie de elektronen in het siliciumatoom om de convectie van elektronen en gaten te produceren. Deze elektronen en gaten zullen worden beïnvloed door de ingebouwde potentiaal en zullen worden aangetrokken door respectievelijk N-type en P-type halfgeleiders en zullen zich aan beide uiteinden verzamelen. Op dit moment, als de buitenkant is verbonden met elektroden om een ​​circuit te vormen, is dit het principe van het opwekken van energie door zonnecellen.
In het kort, het principe van fotovoltaïsche zonne-energieopwekking is om zonnecellen te gebruiken om 0.4 μ m-1.1 μM golflengte (voor siliciumkristal) zonlicht te absorberen, dat direct lichtenergie omzet in elektrische energie output.
Aangezien de door zonnecellen opgewekte elektriciteit gelijkstroom is, is het, als het nodig is om huishoudelijke apparaten of verschillende elektrische apparaten van stroom te voorzien, nodig om een ​​DC/AC-omvormer te installeren om deze te vervangen door wisselstroom voordat deze kan worden geleverd aan huishoudens of industriële kracht.
De laadontwikkeling van zonnecellen De toepassing van zonnecellen in consumptiegoederen heeft veelal het probleem van het opladen. In het verleden gebruikten de algemene oplaadobjecten NiMH- of NiCd-droge cellen, maar NiMH-droge cellen zijn niet bestand tegen hoge temperaturen en NiCd-droge cellen hebben het probleem van milieuvervuiling. Met de snelle ontwikkeling van supercondensatoren, grote capaciteit, anti-krimpgebied en lage prijs, begonnen sommige zonneproducten supercondensatoren te gebruiken als oplaadobjecten, waardoor veel problemen met het opladen van zonne-energie werden verbeterd:
Snel opladen,
De levensduur is meer dan 5 keer langer,
Het laadtemperatuurbereik is breed,
Verminder het verbruik van zonnecellen (kan op laagspanning worden opgeladen)