Principio della cella solare

Il sole splende sulla giunzione pn del semiconduttore per formare una nuova coppia buco-elettrone. Sotto l'effetto del campo elettrico incorporato nella giunzione pn, le lacune fotogenerate scorrono verso la regione p, e gli elettroni fotogenerati scorrono verso la regione n. Dopo che il circuito è collegato, viene generata la corrente. Questo è il principio di funzionamento delle celle solari ad effetto fotoelettrico.
Esistono due modi per generare energia solare, uno è la conversione luce-calore-elettricità e l'altro è la conversione diretta luce-elettricità.
Conversione fototermica-elettrica
La modalità di conversione luce-calore-elettricità genera elettricità utilizzando l'energia termica generata dalla radiazione solare. Generalmente, l'energia termica assorbita viene convertita nel vapore del mezzo di lavoro dal collettore solare, quindi la turbina a vapore viene azionata per generare elettricità. Il primo processo è il processo di conversione luce-calore; Quest'ultimo processo è il processo di conversione calore-elettricità, che è lo stesso della normale generazione di energia termica. Lo svantaggio della generazione di energia solare termica è che la sua efficienza è molto bassa e il suo costo è molto alto. Si stima che il suo investimento sia almeno da 5 a 10 volte superiore a quello delle normali centrali termiche. Un impianto solare termico da 1000 MW deve investire da 2 a 2,5 miliardi di dollari USA, con un investimento medio di 1 kW da 2000 a 2500 dollari USA. Pertanto, può essere applicato solo in occasioni speciali su piccola scala, mentre l'utilizzo su larga scala non è economico e non può competere con le normali centrali termiche o nucleari.
Conversione ottica-elettrica diretta
La generazione di energia delle celle solari è realizzata in base alle proprietà fotoelettriche di materiali specifici. I corpi neri (come il sole) irradiano onde elettromagnetiche di diverse lunghezze d'onda (corrispondenti a diverse frequenze), come infrarossi, ultravioletti, luce visibile, ecc. Quando questi raggi vengono irradiati su diversi conduttori o semiconduttori, i fotoni interagiscono con gli elettroni liberi nei conduttori o semiconduttori per generare corrente. Minore è la lunghezza d'onda e maggiore è la frequenza del raggio, maggiore è l'energia che possiede. Ad esempio, l'energia dei raggi ultravioletti è molto più alta di quella dei raggi infrarossi. Tuttavia, l'energia dei raggi di tutte le lunghezze d'onda non può essere convertita in energia elettrica. Vale la pena notare che l'effetto fotovoltaico è indipendente dall'intensità dei raggi. La corrente può essere generata solo quando la frequenza raggiunge o supera la soglia che può produrre l'effetto fotovoltaico. La lunghezza d'onda massima della luce che può far sì che il semiconduttore produca un effetto fotovoltaico è correlata alla larghezza della banda proibita del semiconduttore. Ad esempio, la larghezza della banda proibita del silicio cristallino è di circa 1,155 eV a temperatura ambiente. Pertanto, solo la luce con lunghezza d'onda inferiore a 1100nm può far sì che il silicio cristallino produca un effetto fotovoltaico. La generazione di energia da celle solari è un metodo di generazione di energia rinnovabile ed ecologico. Non produrrà gas serra come l'anidride carbonica e non inquinerà l'ambiente. Secondo i materiali di produzione, può essere suddiviso in batteria a semiconduttore a base di silicio, batteria a film sottile CdTe, batteria a film sottile CIGS, batteria a film sottile sensibilizzata con colorante, batteria di materiale organico, ecc. Tra questi, le celle di silicio sono divise in singolo cristallo celle, celle policristalline e celle a film sottile di silicio amorfo. Il parametro più importante per le celle solari è l'efficienza di conversione. Tra le celle solari a base di silicio sviluppate in laboratorio, l'efficienza delle celle in silicio monocristallino è del 25,0%, l'efficienza delle celle in silicio policristallino è del 20,4%, l'efficienza delle celle a film sottile CIGS è del 19,6%, l'efficienza delle celle a film sottile CdTe è del 16,7 percento e l'efficienza delle celle a film sottile di silicio amorfo (silicio amorfo) è del 10,1 percento
La cella solare è una sorta di elemento fotoelettrico in grado di convertire l'energia. La sua struttura di base è realizzata combinando semiconduttori di tipo P e di tipo N. Il materiale più basilare dei semiconduttori è il "silicio", che non è conduttivo. Tuttavia, se diverse impurità vengono mescolate nei semiconduttori, possono essere trasformate in semiconduttori di tipo P e di tipo N. Quindi, i semiconduttori di tipo P hanno un buco (i semiconduttori di tipo P hanno un elettrone in meno con carica negativa, che può essere considerato come un'altra carica positiva), e i semiconduttori di tipo N hanno una differenza di potenziale di elettroni liberi in più per generare corrente, quindi quando il sole splende, l'energia luminosa eccita gli elettroni nell'atomo di silicio per produrre la convezione di elettroni e lacune. Questi elettroni e lacune saranno influenzati dal potenziale incorporato e saranno attratti rispettivamente dai semiconduttori di tipo N e di tipo P e si raccoglieranno ad entrambe le estremità. In questo momento, se l'esterno è collegato con elettrodi per formare un circuito, questo è il principio della generazione di energia delle celle solari.
In breve, il principio della generazione di energia solare fotovoltaica consiste nell'utilizzare celle solari per assorbire 0.4 μ m-1.1 μ M di lunghezza d'onda (per i cristalli di silicio) luce solare, che converte direttamente l'energia luminosa in energia elettrica produzione di energia.
Poiché l'elettricità generata dalle celle solari è corrente continua, se è necessario fornire energia ad elettrodomestici o apparecchi elettrici vari, è necessario installare un convertitore CC/CA per sostituirlo con alimentazione CA prima che possa essere fornito a casa o potere industriale.
Lo sviluppo della ricarica delle celle solari L'applicazione delle celle solari nei beni di consumo presenta principalmente il problema della ricarica. In passato, gli oggetti di ricarica generali utilizzavano celle a secco NiMH o NiCd, ma le celle a secco NiMH non possono resistere alle alte temperature e le celle a secco NiCd hanno il problema dell'inquinamento ambientale. Con il rapido sviluppo di supercondensatori, grande capacità, area antiritiro e prezzo basso, alcuni prodotti solari hanno iniziato a utilizzare i supercondensatori come oggetti di ricarica, migliorando così molti problemi di ricarica solare:
Ricarica rapida,
La durata è più di 5 volte più lunga,
La gamma di temperature di ricarica è ampia,
Ridurre il consumo di celle solari (possono essere caricate a bassa tensione)