Sluneční článek: Princip fungování a konstrukce (se schématy)

Co je solární článek?

Solární článek (také známý jako fotovoltaický článek nebo PV článek) je definován jako elektrické zařízení, které přeměňuje světelnou energii na elektrickou energii prostřednictvím fotovoltaického efektu. Solární článek je v podstatě p-n spojová dioda. Solární články jsou formou fotoelektrického článku, definovaného jako zařízení, jehož elektrické charakteristiky – jako proud, napětí nebo odpor – se mění, když jsou vystaveny světlu.

Jednotlivé solární články lze kombinovat do modulů, obecně známých jako solární panely. Běžný jednospojový silikátový solární článek může vyprodukovat maximální otevřenou okruhovou napěťovou hodnotu přibližně 0,5 až 0,6 voltů. Samotná tato hodnota není velká – ale pamatujte, že tyto solární články jsou malé. Když jsou kombinovány do velkého solárního panelu, lze vygenerovat značné množství obnovitelné energie.

Konstrukce solárního článku

Solární článek je v podstatě spojová dioda, i když jeho konstrukce je mírně odlišná od běžných p-n spojových diod. Velmi tenká vrstva p-typu polovodiče je vyrůstána na relativně tlustší n-typ polovodič. Poté aplikujeme několik jemných elektrod na vrchol p-typu polovodičové vrstvy.

Tyto elektrody nesměřují světlo k dosažení tenké p-typ vrstvy. Právě pod p-typ vrstvou se nachází p-n spoj. Poskytujeme také sběrací elektrodu pro proud na spodní straně n-typ vrstvy. Celou montáž zapouzdřujeme tenkým sklem, aby byl solární článek chráněn před jakýmkoli mechanickým šokem.

Princip fungování solárního článku

Když světlo dosáhne p-n spoje, světelné fotony snadno proniknou do spoje přes velmi tenkou vrstvu p-typu. Energie světla ve formě fotonů poskytne dostatečnou energii spoji, aby vytvořil řadu elektron-díra párek. Pádící světlo poruší termodynamickou rovnováhu spoje. Volné elektrony v oblasti vyčerpání se mohou rychle přesunout na stranu n-typu spoje.

Podobně, díry v oblasti vyčerpání se mohou rychle přesunout na stranu p-typu spoje. Jakmile nově vytvořené volné elektrony přijdou na stranu n-typu, nemohou dále překročit spoj kvůli bariérovému potenciálu spoje.

Podobně, nově vytvořené díry, jakmile přijdou na stranu p-typu, nemohou dále překročit spoj kvůli stejnému bariérovému potenciálu spoje. Jakmile koncentrace elektronů stoupne na jedné straně, tedy na straně n-typu spoje, a koncentrace děr stoupne na druhé straně, tedy na straně p-typu spoje, p-n spoj se chová jako malá bateriová buňka. Je vytvořeno napětí, které se nazývá fotovoltáž. Pokud spoj připojíme ke malému spotřebiči, bude průcházet jím malý proud.

V-I charakteristiky fotovoltaického článku

Materiály používané v solárním článku

Materiály, které jsou pro tento účel použity, musí mít energetickou mez blízkou 1,5 eV. Běžně používané materiály jsou:

1. Křemík.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

Kritéria pro materiály používané v solárním článku

1. Musí mít energetickou mez od 1 eV do 1,8 eV.

2. Musí mít vysokou optickou absorpci.

3. Musí mít vysokou elektrickou vodivost.

4. Surové materiály musí být dostupné v hojném množství a náklady na materiál musí být nízké.

Výhody solárního článku

1. Není s ním spojena žádná znečištění.

2. Musí vydržet dlouhou dobu.

3. Není spojena žádná náklady na údržbu.

Nevýhody solárního článku

1. Má vysoké náklady na instalaci.

2. Má nízkou efektivitu.

3. Během počasí s oblaky se energie nelze vyrobit a také v noci nedostaneme sluneční energii.

Použití systémů solární generace

1. Může být použito k nabíjení baterií.

2. Používá se v světlových metrech.

3. Používá se k pohánění kalkulaček a náramkových hodinek.

4. Může být použito v kosmických lodích k poskytování elektrické energie.

Závěr: Ačkoli solární článek má některé nevýhody, očekává se, že tyto nevýhody budou překonány s rozvojem technologie. S postupem technologií klesnou náklady na solární panely a náklady na instalaci, takže každý si bude moci dovolit nainstalovat systém. Dále klade vláda velký důraz na sluneční energii, takže po několika letech můžeme očekávat, že každý domov a každý elektrický systém bude poháněn sluneční nebo obnovitelnou energií.

Prohlášení: Respektujte původ, dobaře napsané články jsou hodné sdílení, pokud dojde k porušení autorských práv, prosím, kontaktujte pro smazání.