Auringonkellu: Toimintaperiaate ja rakenne (kaaviot mukana)

Mikä on aurinkokolmio?

Aurinkokolmio (tunnetaan myös nimellä valopohjainen kolmio tai PV-kolmio) määritellään sähkölaitteeksi, joka muuttaa valon energian sähköenergiaksi fotovoltaiseen vaikutukseen. Aurinkokolmio on periaatteessa p-n-juntti diodi. Aurinkokolmiot ovat valosähköisten solmujen muoto, jotka määritellään laitteiksi, joiden sähköiset ominaisuudet – kuten virta, jännite tai vastus – vaihtelevat, kun ne altistuvat valolle.

Yksittäisiä aurinkokolmioita voidaan yhdistää muodostamaan moduuleja, joita tunnetaan yleisesti aurinkopaneelina. Yleinen yksijuntti silikonivalmistettu aurinkokolmio voi tuottaa maksimissaan noin 0,5–0,6 voldin avoimen piirin jännitteen. Tämä ei ole paljon – mutta muista, että näitä aurinkokolmioita on pieniä. Kun ne yhdistetään suureen aurinkopaneeliin, voidaan tuottaa huomattava määrä uusiutuvaa energiaa.

Aurinkokolmion rakennus

Aurinkokolmio on periaatteessa junttidiodi, vaikkakin sen rakennus on hieman erilainen kuin perinteisten p-n-juntti diodeissa. Hyvin ohut kerros p-tyyppistä semikonduktoria kasvatetaan suhteellisen paksun n-tyyppisen semikonduktorin päälle. Sitten sovellamme muutamia hienoja elektrodeja p-tyyppisen semikonduktorikerroksen päälle.

Nämä elektrodit eivät estä valoa tavoittamasta ohuta p-tyyppistä kerrosta. P-tyyppisen kerroksen alla on p-n-juntti. Tarjoamme myös virran keräävän elektroden n-tyyppisen kerroksen alapuolelle. Koko kokoonpanon paketoimme ohuella lasilla suojataksemme aurinkokolmiota mekanisilta iskuilta.

Aurinkokolmion toimintaperiaate

Kun valo saavuttaa p-n-juntin, valon fotonit voivat helposti päästä junttiin hyvin ohuen p-tyyppisen kerroksen kautta. Valon energia, fotonimuodossa, tarjoaa riittävästi energiaa juntille luodakseen useita elektroni-hylsypareja. Tapauksena oleva valo rikkoo juntin lämpötilatasapainotilan. Vapaana olevat elektronit tyhjentymisvyöhykkeessä voivat nopeasti siirtyä n-tyyppisen puolen puolelle juntin.

Samalla tavoin, tyhjentymisvyöhykkeessä olevat hylsykset voivat nopeasti siirtyä p-tyyppisen puolen puolelle juntin. Kun uudet vapaana olevat elektronit siirtyvät n-tyyppisen puolen puolelle, ne eivät voi enää ylittää junttia juntin estejännitteen vuoksi.

Samalla tavoin, uudet hylsykset, kun ne siirtyvät p-tyyppisen puolen puolelle, eivät voi enää ylittää junttia saman estejännitteen vuoksi. Kun elektronien pitoisuus korkeutuu yhdelle puolelle, eli n-tyyppiselle puolelle juntin, ja hylsyksien pitoisuus korkeutuu toiselle puolelle, eli p-tyyppiselle puolelle juntin, p-n-juntti käyttäytyy pienellä akulla. Jännite asetetaan, jota kutsutaan valojännitteeksi. Jos yhdistämme pieni kuorma juntin yli, virta kulkee sen kautta.

Valopohjaisen kolmion I-V-ominaisuudet

Aurinkokolmiossa käytetyt materiaalit

Tähän tarkoitukseen käytettyjen materiaalien täytyy olla bändivaikutus lähellä 1,5 ev. Yleisesti käytettyjä materiaaleja ovat:

1. Silikaani.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

Aurinkokolmiossa käytettäviä materiaaleja koskevat kriteerit

1. Bändivaikutus on oltava 1 ev:n ja 1,8 ev:n välillä.

2. Sen täytyy olla optisesti hyvin imevä.

3. Sen täytyy olla sähköisesti hyvin johtava.

4. Raaka-aineiden täytyy olla saatavilla runsaasti, ja materiaalin hinta täytyy olla alhainen.

Aurinkokolmion etuja

1. Siihen ei liity saastumista.

2. Sen pitäisi kestää pitkään.

3. Ei huoltokustannuksia.

Aurinkokolmion haittoja

1. Sen asennuskustannukset ovat korkeat.

2. Sen tehokkuus on alhainen.

3. Pilvisinä päivinä energiaa ei voida tuottaa, eikä yöllä saada aurinkoenergiaa.

Aurinkogeneraati