Сонячна батарея: принцип роботи та конструкція (з діаграмами)

Що таке сонячна батарея?

Сонячна батарея (також відома як фотovoltaic cell або PV-батарея) - це електричний пристрій, який перетворює світлову енергію на електричну енергію за допомогою фотоелектричного ефекту. Сонячна батарея є по суті діодним сполуком p-n. Сонячні батареї є формою фотоелектричних клітин, які визначаються як пристрої, електричні характеристики яких (такі як струм, напруга або опір) змінюються при впливі світла.

Одиничні сонячні батареї можна об'єднати, щоб утворити модулі, відомі як сонячні панелі. Звичайна односполучна кремнієва сонячна батарея може генерувати максимальну відкриту напругу близько 0,5-0,6 вольт. Сама по собі це не так багато – але маємо на увазі, що ці сонячні батареї маленькі. Коли вони об'єднуються в велику сонячну панель, можна отримати значні кількості відновлюваної енергії.

Конструкція сонячної батареї

Сонячна батарея є по суті діодним сполуком, хоча її конструкція трохи відрізняється від звичайних діодів p-n. Дуже тонкий шар p-типового напівпровідника росте на відносно густому n-типового напівпровіднику. Потім ми наносимо декілька тонких електродів на верхньому шарі p-типового напівпровідника.

Ці електроди не заважають світлу досягти тонкого шару p-типу. Відразу під шаром p-типу знаходиться p-n сполука. Ми також надаємо електрод для збору струму внизу шару n-типу. Ми закриваємо весь вузол тонким склом, щоб захистити сонячну батарею від будь-яких механічних ударів.

Принцип роботи сонячної батареї

Коли світло досягає p-n сполучення, фотони світла легко можуть проникнути в сполучення через дуже тонкий шар p-типу. Енергія світла у вигляді фотонів надає достатньо енергії для створення численних пар електрон-діра. Падаюче світло порушує термічну рівновагу сполучення. Вільні електрони в регіоні виснаження можуть швидко переміститися на сторону n-типу сполучення.

Так само, діри в регіоні виснаження можуть швидко переміститися на сторону p-типу сполучення. Один раз, коли новостворені вільні електрони перемістилися на сторону n-типу, вони не можуть подалі перетнути сполучення через бар’єрну потенцію сполучення.

Так само, новостворені діри, коли вони перемістилися на сторону p-типу, не можуть подалі перетнути сполучення через ту ж бар'єрну потенцію. Якщо концентрація електронів стає вищою на одному боці, тобто на боці n-типу сполучення, а концентрація дір стає більшою на іншому боці, тобто на боці p-типу сполучення, p-n сполучення буде поводити себе як малий елемент батареї. Встановлюється напруга, яка називається фотонаапрядженням. Якщо ми підключимо невелике навантаження до сполучення, буде протікати невеликий струм.

V-I характеристики фотovoltaic cell

Матеріали, використовувані в сонячній батареї

Матеріали, які використовуються для цього, повинні мати зону заборонених станів близько 1,5 eV. Зазвичай використовуються такі матеріали:

1. Кремній.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

Критерії вибору матеріалів для сонячної батареї

1. Повинен мати зону заборонених станів від 1 eV до 1,8 eV.

2. Повинен мати високу оптичну абсорбцію.

3. Повинен мати високу електричну провідність.

4. Сировина повинна бути доступною в великій кількості, а її вартість повинна бути низькою.

Переваги сонячної батареї

1. Немає забруднення середовища.

2. Довгий строк служби.

3. Відсутні витрати на обслуговування.

Недоліки сонячної батареї

1. Висока вартість встановлення.

2. Низька ефективність.

3. Під час хмарного дня енергію не можна виробляти, а також вночі ми не отримаємо сонячної енергії.

Застосування систем сонячного генерування

1. Може бути використана для заряджання акумуляторів.

2. Використовується в ліхтарях.

3. Використовується для живлення калькуляторів та годинників.

4. Може бути використана в космічних апаратам для забезпечення електричної енергії.

Висновок: Незважаючи на те, що сонячна батарея має деякі недоліки, ці недоліки очікуються, що будуть подолані з розвитком технології. Оскільки технологія розвивається, вартість сонячних панелей, а також вартість встановлення, зменшиться, щоб кожен міг встановити систему. Крім того, уряд приділяє велику увагу сонячній енергії, тому через кілька років ми можемо очікувати, що кожне господарство та кожна електрична система будуть живлені сонячною або відновлюваною енергією.

Заява: Поважайте оригінал, добре написані статті варті поширення, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.