Napelemi cella: Működési elv és szerkezet (ábrákkal)

Mi a napelemcella?

A napelemcella (más néven fotovoltaikus cella vagy PV-cella) olyan elektromos eszköz, amely fényenergiát átalakít elektrikus energiává a fotovoltaikus hatás révén. A napelemcella alapján egy p-n típusú diód. A napelemcellák a fotoelektrikus cellák egy formája, amelyek elektromos jellemzői – mint például az áram, feszültség vagy ellenállás – változnak a fényre adott reakcióval.

Az egyes napelemcellák kombinálhatók modulokké, amelyeket gyakran napelelőpanelnek nevezünk. Az egyetlen csatlakozást tartalmazó szilícium napelemcella körülbelül 0,5-0,6 volt maximális nyitott körű feszültséget tud előállítani. Egyedül ez nem sok – de gondoljuk, hogy ezek a napelemcellák aprók. Ha nagyobb napelelőpanellé egyesítjük őket, jelentős mennyiségű megújuló energiát tudunk előállítani.

Napelemcella szerkezete

A napelemcella alapján egy p-n típusú diód, bár a szerkezete kicsit eltér a hagyományos p-n típusú diodokétól. Egy nagyon vékony p-típusú szemiconductort természetes módon fejlődik ki egy relatíve vastagabb n-típusú szemiconductoron. Ezután néhány finom elektrodát alkalmazunk a p-típusú szemiconductorréteg tetejére.

Ezek az elektrodák nem akadályozzák a fényt, hogy elérje a vékony p-típusú réteget. A p-típusú réteg alatt található a p-n csatlakozás. Alulról, az n-típusú réteg alján egy áramgyűjtő elektrodát biztosítunk. Az egész szerkezetet vékony üveget használva zártuk be, hogy a napelemcellat védjük a mechanikai szökkötől.

Napelemcella működési elve

Amikor a fény eléri a p-n csatlakozást, a fényfotonok könnyen beléphetnek a csatlakozásba, a nagyon vékony p-típusú rétegen keresztül. A fényenergia, fotón formájában, elegendő energiát szolgáltat a csatlakozáshoz, hogy számos elektron-résalj-pár jöjjön létre. A beillő fény megszakítja a csatlakozás hőmérsékleti egyensúlyát. A szabad elektronok a leeresztett régióban gyorsan áthelyezkedhetnek az n-típusú oldalra a csatlakozásnál.

Hasonlóképpen, a résaljak a leeresztett régióban gyorsan áthelyezkedhetnek a p-típusú oldalra a csatlakozásnál. Amint a frissen létrehozott szabad elektronok elértek az n-típusú oldalt, nem tudnak tovább lépni a csatlakozáson keresztül a csatlakozás akadálypotenciálja miatt.

Hasonlóképpen, a frissen létrehozott résaljak, amikor elértek a p-típusú oldalt, nem tudnak tovább lépni a csatlakozáson keresztül ugyanazon akadálypotenciál miatt. Mivel az elektronok koncentrációja magasabb lesz az n-típusú oldalon, és a résaljak koncentrációja magasabb a p-típusú oldalon, a p-n csatlakozás viselkedik, mint egy kis elem. Feszültség alakul ki, amit fotofeszültségnek nevezünk. Ha kis terhelést kapcsolunk a csatlakozáson keresztül, apró áram fog áramkolni benne.

Fotovoltaikus cella I-V jellemzői

A napelemcellában használt anyagok

Az ehhez a célhoz használt anyagok bandgap-je közel kell legyen 1,5 eV-hez. Gyakran használt anyagok:

1. Szilícium.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

A napelemcellában használt anyagok kritériumai

1. A bandgap-je 1 eV és 1,8 eV között kell legyen.

2. Nagy optikai absorpciós képességnek kell rendelkeznie.

3. Magas elektromos vezetőképességnek kell rendelkeznie.

4. A nyersanyag bőségesen elérhetőnek kell lennie, és a anyag költsége alacsonynak kell maradnia.

A napelemcella előnyei

1. Nincs vele összefüggő szennyezés.

2. Hosszú ideig kell működni.

3. Nincs karbantartási költség.

A napelemcella hátrányai

1. Magas telepítési költsége van.

2. Alacsony hatékonyság.

3. Fogynapi időben nem lehet energia előállítani, és éjszaka sem tudunk napenergiát termelni.

Napelelő rendszerek felhasználása

1. Akkumulátorok töltésére használható.

2. Fénymérőkben használható.

3. Számológépek és órák tápellátására használható.

4. Üzemanyag-koszorúkban használható az elektromos energia szolgáltatására.

Következtetés: Bár a napelemcellának vannak hátrányai, ezeket a technológia fejlődése során várhatóan kezelni fogják. A technológia fejlődésével a napelelőlapok és a telepítési költségek is csökkennek, így mindenki meg tudja engedni a rendszer telepítését. Továbbá, a kormány is nagy hangsúlyt fektet a napenergiára, tehát néhány év múlva elvárható, hogy minden otthon és minden elektromos rendszer napenergiából vagy megújuló energiából működik.

Nyilatkozat: Tiszteletben tartsuk az eredeti, jó cikkek megosztásra méltóak, ha sértés történt, kérjük, forduljon hozzánk a törlésért.