Слънчева клетка: Принцип на действие и конструкция (включени са диаграми)

Какво е соларна клетка?

Соларната клетка (също известна като фотовоелтаична клетка или PV клетка) е дефинирана като електрическо устройство, което преобразува светлинна енергия в електрическа енергия чрез фотовоелтаичен ефект. Соларната клетка е по същество p-n диод. Соларните клетки са форма на фотоелемент, дефиниран като устройство, чийто електрически характеристики – като ток, напрежение или съпротивление – се променят при излагане на светлина.

Индивидуалните соларни клетки могат да бъдат комбинирани, за да формират модули, обикновено известни като соларни панели. Обикновената сингл-джънкшън силиконова соларна клетка може да произвежда максимално отворено напрежение от около 0.5 до 0.6 волта. Само по себе си това не е много – но спомнете, че тези соларни клетки са малки. Когато са комбинирани в голям соларен панел, могат да бъдат генерирана значителна количество възобновяема енергия.

Конструкция на соларната клетка

Соларната клетка е по същество p-n диод, въпреки че нейната конструкция е малко различна от конвенционалните p-n диоди. Много тънък слой p-тип полупроводник е израстен върху относително по-дебел n-тип полупроводник. Тогава прилагаме няколко фина електрода върху горния слой p-тип полупроводник.

Тези електроди не пречат на светлината да достигне тънкия слой p-тип. Просто под слоя p-тип има p-n юнкшън. Освен това предоставяме колекторен електрод за ток в долната част на слоя n-тип. Цялото съоръжение е капсулирано с тънко стъкло, за да защити соларната клетка от всякакви механични удари.

Работен принцип на соларната клетка

Когато светлината достигне p-n юнкшъна, фотоните на светлината лесно могат да влязат в юнкшъна, през много тънкия слой p-тип. Светлинната енергия, във формата на фотони, доставя достатъчна енергия на юнкшъна, за да създаде множество електрон-дупкови двойки. Инцидентната светлина разбива термодинамическото равновесие на юнкшъна. Свободните електрони в зоната на деплетията могат бързо да се прехвърлят към n-тип страната на юнкшъна.

По същия начин, дупките в зоната на деплетията могат бързо да се прехвърлят към p-тип страната на юнкшъна. Веднъж, когато новосъздадените свободни електрони достигнат n-тип страната, те не могат да преминат допълнително през юнкшъна поради потенциала на бариерата на юнкшъна.

По същия начин, новосъздадените дупки, веднъж достигнали p-тип страната, не могат да преминат допълнително през юнкшъна поради същия потенциал на бариерата. Като концентрацията на електроните става по-висока от едната страна, т.е. n-тип страната на юнкшъна, и концентрацията на дупките става по-висока от другата страна, т.е. p-тип страната на юнкшъна, p-n юнкшънът ще се държи като малка батерия. Установява се напрежение, което е известно като фотонапрежение. Ако свържем малко зареждане към юнкшъна, ще има микроскопичен ток, който протича през него.

V-I характеристики на фотовоелтаична клетка

Материалите, използвани в соларната клетка

Материалите, използвани за тази цел, трябва да имат зона на забрана близка до 1.5ев. Често използваните материали са:

1. Силиций.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

Критерии за материали, използвани в соларната клетка

1. Трябва да имат зона на забрана от 1ев до 1.8ев.

2. Трябва да имат висока оптическа абсорбция.

3. Трябва да имат висока електрическа проводимост.

4. Сырцето трябва да е налично в изобилие и цената му трябва да е ниска.

Преимущества на соларната клетка

1. Няма замърсяване, свързано с нея.

2. Тя трябва да продължава да работи дълго време.

3. Няма разходи за поддръжка.

Недостатъци на соларната клетка

1. Има високи разходи за инсталация.

2. Има ниска ефективност.

3. При облачни дни енергията не може да бъде произведена и също така, през нощта няма да получим соларна енергия.

Применения на системите за соларна енергия

1. Може да се използва за зареждане на батерии.

2. Използва се в светлиномери.

3. Използва се за питане на калкулатори и часовници.

4. Може да се използва в космически кораби, за да предоставя електрическа енергия.

Заключение: Въпреки че соларната клетка има някои недостатъци, те се очаква да бъдат преодолени с напредъка на технологията. Тъй като технологията напредва, цената на соларните пласти, както и цената на инсталацията, ще намалее, така че всички да могат да си позволят да инсталират системата. Освен това правителството поставя много акцент върху соларната енергия, така че след няколко години можем да очакваме, че всяко домакинство и всяка електрическа система ще бъдат мощени от соларна или възобновяема енергия.

Изявление: Уважавайте оригинала, добри статии заслужават споделяне, ако има нарушение на правата, моля се свържете за изтриване.