Солнечная батарея: принцип работы и конструкция (включая схемы)

Что такое солнечная батарея?

Солнечная батарея (также известная как фотovoltaическая батарея или PV-батарея) определяется как электрическое устройство, которое преобразует световую энергию в электрическую энергию посредством фотоэлектрического эффекта. Солнечная батарея представляет собой диод p-n перехода. Солнечные батареи являются формой фотоэлектрической ячейки, определенной как устройство, электрические характеристики которого, такие как ток, напряжение или сопротивление, изменяются при воздействии света.

Отдельные солнечные батареи могут быть объединены для создания модулей, известных как солнечные панели. Обычная однопереходная кремниевая солнечная батарея может производить максимальное открытое напряжение около 0,5-0,6 вольт. Само по себе это не много – но помните, что эти солнечные батареи очень маленькие. Когда они объединены в большую солнечную панель, можно генерировать значительное количество возобновляемой энергии.

Конструкция солнечной батареи

Солнечная батарея является, по сути, диодом p-n перехода, хотя ее конструкция немного отличается от обычных диодов p-n перехода. Очень тонкий слой полупроводника p-типа выращивается на относительно более толстом слое полупроводника n-типа. Затем мы наносим несколько тонких электродов на верхний слой полупроводника p-типа.

Эти электроды не препятствуют проникновению света в тонкий слой p-типа. Непосредственно под слоем p-типа находится p-n переход. Мы также устанавливаем электрод сбора тока на нижней стороне слоя n-типа. Вся сборка защищена тонким стеклом, чтобы защитить солнечную батарею от механических ударов.

Принцип работы солнечной батареи

Когда свет достигает p-n перехода, фотоны света легко проникают в переход через очень тонкий слой p-типа. Энергия света в виде фотонов обеспечивает достаточную энергию переходу, чтобы создать множество пар электрон-дырка. Падающий свет нарушает тепловое равновесие перехода. Свободные электроны в области обеднения могут быстро перейти на сторону n-типа перехода.

Аналогично, дырки в области обеднения могут быстро перейти на сторону p-типа перехода. Как только новые свободные электроны переходят на сторону n-типа, они больше не могут пересекать переход из-за потенциального барьера перехода.

Аналогично, новые дырки, которые переходят на сторону p-типа, больше не могут пересекать переход из-за того же потенциального барьера перехода. Поскольку концентрация электронов становится выше на одной стороне, то есть на стороне n-типа перехода, а концентрация дырок становится выше на другой стороне, то есть на стороне p-типа перехода, p-n переход будет вести себя как небольшая батарейка. Устанавливается напряжение, известное как фотоэлектрическое напряжение. Если мы подключим небольшую нагрузку к переходу, через него будет протекать небольшой ток.

V-I характеристики фотovoltaической батареи

Материалы, используемые в солнечной батарее

Материалы, используемые для этой цели, должны иметь запрещенную зону, близкую к 1,5 эВ. Обычно используемые материалы:

1. Кремний.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

Критерии для материалов, используемых в солнечной батарее

1. Должны иметь запрещенную зону от 1 до 1,8 эВ.

2. Должны иметь высокое оптическое поглощение.

3. Должны иметь высокую электрическую проводимость.

4. Сырье должно быть доступным в больших количествах, и стоимость материала должна быть низкой.

Преимущества солнечной батареи

1. Нет загрязнения, связанного с этим.

2. Она должна служить долгое время.

3. Нет затрат на обслуживание.

Недостатки солнечной батареи

1. Высокая стоимость установки.

2. Низкая эффективность.

3. В пасмурный день энергия не производится, и ночью мы не получим солнечную энергию.

Применение систем солнечной генерации

1. Может использоваться для зарядки аккумуляторов.

2. Используется в освещенных метрах.

3. Используется для питания калькуляторов и наручных часов.

4. Может использоваться в космических аппаратах для обеспечения электрической энергией.

Заключение: Хотя солнечная батарея имеет некоторые недостатки, связанные с ней, ожидается, что эти недостатки будут преодолены по мере развития технологии. Поскольку технология развивается, стоимость солнечных панелей, а также стоимость установки, будет снижаться, так что каждый сможет позволить себе установить систему. Кроме того, правительство уделяет большое внимание солнечной энергии, поэтому через несколько лет можно ожидать, что каждое домохозяйство и каждая электрическая система будут питаться от солнечной или возобновляемой энергии.

Заявление: Уважайте оригинал, хорошие статьи стоят того, чтобы их делиться. Если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.