Φωτοβολταϊκό Στοιχείο: Λειτουργικό Αρχή & Δομή (Συνημμένα Διαγράμματα)

Τι είναι η φωτοβολταϊκή κύρια;

Η φωτοβολταϊκή κύρια (επίσης γνωστή ως φωτοβολταϊκή κύρια ή PV κύρια) ορίζεται ως ηλεκτρικό συστηματικό που μετατρέπει την ενέργεια του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Η φωτοβολταϊκή κύρια είναι βασικά μια διάδυση p-n. Οι φωτοβολταϊκές κύριες είναι μια μορφή φωτοηλεκτρικής κύριας, ορισμένη ως συστηματικό του οποίου οι ηλεκτρικές ιδιότητες - όπως η διάρκεια, η τάση ή η αντίσταση - μεταβάλλονται όταν εκτίθενται στο φως.

Μεμονωμένες φωτοβολταϊκές κύριες μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν μονάδες, γνωστές ως φωτοβολταϊκά πάνελ. Η κοινή μονή προσαρμογής σιλικίου φωτοβολταϊκής κύριας μπορεί να παράγει μέγιστη τάση ανοιχτής διατομής περίπου 0,5 έως 0,6 βολτ. Μόνη της αυτή δεν είναι πολύ - αλλά θυμηθείτε ότι αυτές οι φωτοβολταϊκές κύριες είναι μικρές. Όταν συνδυάζονται σε ένα μεγάλο φωτοβολταϊκό πάνελ, μπορεί να παραχθεί σημαντική ποσότητα ανανεώσιμης ενέργειας.

Κατασκευή φωτοβολταϊκής κύριας

Η φωτοβολταϊκή κύρια είναι βασικά μια διάδυση p-n, αν και η κατασκευή της είναι λίγο διαφορετική από τις συμβατικές διαδύσεις p-n. Ένα πολύ λεπτό επίπεδο p-type περιβαλλόντος είναι αναπτυσσόμενο σε ένα σχετικά πιο παχύ n-type περιβαλλόντο. Στη συνέχεια, εφαρμόζουμε μερικά λεπτά ηλεκτρώδη στο κορυφαίο επίπεδο του p-type περιβαλλόντος.

Αυτά τα ηλεκτρώδη δεν εμποδίζουν το φως να φτάσει στο λεπτό επίπεδο p-type. Κάτω από το επίπεδο p-type υπάρχει μια διάδυση p-n. Επίσης παρέχουμε ένα ηλεκτρώδη συλλογής ρεύματος στο κάτω μέρος του n-type επιπέδου. Περικλείουμε την ολόκληρη συνέλευση με λεπτό γυαλί για να προστατεύσουμε την φωτοβολταϊκή κύρια από οποιοδήποτε μηχανικό σοκ.

Λειτουργία φωτοβολταϊκής κύριας

Όταν το φως φθάνει στη διάδυση p-n, τα φωτόνια του φωτός μπορούν εύκολα να εισέλθουν στη διάδυση, μέσω του πολύ λεπτού επιπέδου p-type. Η ενέργεια του φωτός, σε μορφή φωτονίων, παρέχει επαρκή ενέργεια στη διάδυση για να δημιουργήσει μια σειρά ζευγών ηλεκτρόνιο-κενό. Το εισερχόμενο φως διαρκτικά την θερμοδυναμική ισορροπία της διάδυσης. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στην περιοχή εξάντλησης μπορούν να έρθουν γρήγορα στην n-type πλευρά της διάδυσης.

Ομοίως, τα κενά στην περιοχή εξάντλησης μπορούν να έρθουν γρήγορα στην p-type πλευρά της διάδυσης. Όταν τα νέα ελεύθερα ηλεκτρόνια έρχονται στην n-type πλευρά, δεν μπορούν να διασχίσουν περαιτέρω τη διάδυση λόγω της δυναμικής της διάδυσης.

Ομοίως, τα νέα κενά που έρχονται στην p-type πλευρά δεν μπορούν να διασχίσουν περαιτέρω τη διάδυση λόγω της ίδιας δυναμικής της διάδυσης. Αφού η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων γίνεται υψηλότερη σε μία πλευρά, δηλαδή στην n-type πλευρά της διάδυσης, και η συγκέντρωση των κενών γίνεται περισσότερη στην άλλη πλευρά, δηλαδή στην p-type πλευρά της διάδυσης, η διάδυση p-n θα συμπεριφέρεται ως μικρή μπαταρία. Δημιουργείται μια τάση, γνωστή ως φωτοτάση. Αν συνδέσουμε ένα μικρό φορτίο στη διάδυση, θα υπάρξει ένα μικρό ρεύμα που θα κυκλοφορεί μέσα του.

Χαρακτηριστικά V-I μιας φωτοβολταϊκής κύριας

Υλικά που χρησιμοποιούνται στη φωτοβολταϊκή κύρια

Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για αυτό το σκοπό πρέπει να έχουν διάστημα ζώνης κοντά στα 1,5eV. Τα κοινά χρησιμοποιούμενα υλικά είναι-

1. Σιλικίο.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

Κριτήρια για υλικά που χρησιμοποιούνται στη φωτοβολταϊκή κύρια

1. Πρέπει να έχουν διάστημα ζώνης από 1eV έως 1,8eV.

2. Πρέπει να έχουν υψηλή οπτική απορρόφηση.

3. Πρέπει να έχουν υψηλή ηλεκτρική συγκεκριμένη.

4. Το αρχικό υλικό πρέπει να είναι διαθέσιμο σε πληθώρα και η τιμή του υλικού πρέπει να είναι χαμηλή.

Πλεονεκτήματα της φωτοβολταϊκής κύριας

1. Δεν υπάρχει ρύπανση συνδεδεμένη με αυτή.

2. Πρέπει να κρατάει για μεγάλο χρονικό διάστημα.

3. Δεν υπάρχουν δαπάνες συντήρησης.

Μειονεκτήματα της φωτοβολταϊκής κύριας

1. Έχει υψηλή δαπάνη εγκατάστασης.

2. Έχει χαμηλή αποδοτικότητα.

3. Φιλοδώρημα