Komórka słoneczna: Zasada działania i budowa (z ilustracjami)

Co to jest komórka słoneczna?

Komórka słoneczna (znana również jako komórka fotowoltaiczna lub komórka PV) to urządzenie elektryczne, które przekształca energię światła w energię elektryczną poprzez efekt fotowoltaiczny. Komórka słoneczna to zasadniczo dioda p-n. Komórki słoneczne to forma fotoelementu, czyli urządzenia, którego cechy elektryczne – takie jak prąd, napięcie lub opór – zmieniają się pod wpływem światła.

Poszczególne komórki słoneczne można połączyć, tworząc moduły znane jako panele słoneczne. Wspólna jednopolowa komórka słoneczna z krzemem może wytworzyć maksymalne otwarte napięcie obwodowe wynoszące około 0,5 do 0,6 voltów. Samo w sobie to nie jest wiele – ale pamiętajmy, że te komórki są małe. Gdy są połączone w duży panel słoneczny, mogą generować znaczne ilości odnawialnej energii.

Konstrukcja komórki słonecznej

Komórka słoneczna to zasadniczo dioda p-n, choć jej konstrukcja różni się nieco od tradycyjnych diod p-n. Bardzo cienka warstwa p-półprzewodnika jest wzrastana na stosunkowo grubszej warstwie n-półprzewodnika. Następnie nanosimy kilka drobnych elektrod na wierzch cienkiej warstwy p-półprzewodnika.

Te elektrody nie przeszkadzają światłu docierającemu do cienkiej warstwy p-półprzewodnika. Tuż pod warstwą p-półprzewodnika znajduje się złącze p-n. Pod warstwą n-półprzewodnika umieszczamy elektrodę zbierającą prąd. Całość jest zakapsułowana cienką szybą, aby chronić komórkę słoneczną przed wszelkimi uszkodzeniami mechanicznymi.

Zasada działania komórki słonecznej

Gdy światło dociera do złącza p-n, fotonami światła łatwo przenika przez bardzo cienką warstwę p-półprzewodnika. Energia światła w postaci fotonów dostarcza wystarczającej ilości energii do złącza, aby stworzyć wiele par elektron-dziura. Padające światło łamie stan równowagi termicznej złącza. Wolne elektrony w regionie wyczerpania mogą szybko przemieścić się na stronę n-półprzewodnika złącza.

Podobnie, dziury w regionie wyczerpania mogą szybko przemieścić się na stronę p-półprzewodnika złącza. Gdy nowo utworzone wolne elektrony dotrą do strony n-półprzewodnika, nie mogą dalej przekroczyć złącza ze względu na potencjał barierowy złącza.

Podobnie, nowo utworzone dziury, gdy dotrą do strony p-półprzewodnika, nie mogą dalej przekroczyć złącza ze względu na ten sam potencjał barierowy złącza. Gdy stężenie elektronów staje się wyższe po jednej stronie, tzn. na stronie n-półprzewodnika, a stężenie dziur staje się wyższe po drugiej stronie, tzn. na stronie p-półprzewodnika, złącze p-n zachowuje się jak mała bateria. Ustawia się napięcie, znane jako fotonapętnie. Jeśli podłączymy małe obciążenie do złącza, będzie przez nie płynął mały prąd.

Charakterystyka V-I komórki fotowoltaicznej

Materiały używane w komórce słonecznej

Materiały używane do tego celu muszą mieć szerokość pasma bliską 1,5 eV. Najczęściej używane materiały to:

1. Krzem.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

Kryteria dla materiałów używanych w komórce słonecznej

1. Musi mieć szerokość pasma od 1 eV do 1,8 eV.

2. Musi mieć wysoką absorpcję optyczną.

3. Musi mieć wysoką przewodność elektryczną.

4. Surowiec musi być dostępny w dużych ilościach, a koszt materiału musi być niski.

Zalety komórki słonecznej

1. Brak zanieczyszczeń związanych z nią.

2. Powinna trwać długo.

3. Brak kosztów utrzymania.

Wady komórki słonecznej

1. Ma wysoki koszt instalacji.

2. Ma niską wydajność.

3. Podczas chmurnego dnia energia nie może być produkowana, a także w nocy nie otrzymujemy energii słonecznej.

Zastosowania systemów generujących energię słoneczną

1. Może być używany do ładowania baterii.

2. Stosowany w licznikach światła.

3. Stosowany do zasilania kalkulatorów i zegarków naręcznych.

4. Może być używany w statkach kosmicznych do zapewniania energii elektrycznej.

Podsumowanie: Mimo że komórka słoneczna ma pewne wady, oczekuje się, że zostaną one przezwyciężone, ponieważ technologia się rozwija. Koszty płyt słonecznych oraz koszty instalacji spadną, co pozwoli każdemu na ich montaż. Ponadto rząd kładzie duży nacisk na energię słoneczną, więc po upływie kilku lat możemy oczekiwać, że każdy dom i każdy system elektryczny będzie zasilany energią słoneczną lub innymi źródłami odnawialnej energii.

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły są warte udostępniania, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.