Prinsip sel suria

Matahari menyinari simpang semikonduktor pn untuk membentuk pasangan lubang-elektron baru. Di bawah kesan medan elektrik terbina dalam di persimpangan pn, lubang yang dijana foto mengalir ke rantau p, dan elektron yang dijana foto mengalir ke kawasan n. Selepas litar disambungkan, arus dijana. Ini adalah prinsip kerja sel suria kesan fotoelektrik.
Terdapat dua cara penjanaan tenaga solar, satu ialah penukaran cahaya-haba-elektrik, dan satu lagi ialah penukaran langsung elektrik cahaya.
Penukaran fototerma-elektrik
Mod penukaran cahaya-haba-elektrik menjana elektrik dengan menggunakan tenaga haba yang dijana oleh sinaran suria. Secara amnya, tenaga haba yang diserap ditukar kepada wap medium kerja oleh pengumpul suria, dan kemudian turbin stim didorong untuk menjana elektrik. Proses terdahulu ialah proses penukaran haba cahaya; Proses terakhir ialah proses penukaran haba-elektrik, yang sama seperti penjanaan kuasa haba biasa. Kelemahan penjanaan kuasa haba suria ialah kecekapannya sangat rendah dan kosnya sangat tinggi. Dianggarkan pelaburannya sekurang-kurangnya 5 hingga 10 kali lebih tinggi daripada stesen janakuasa haba biasa. Sebuah loji janakuasa terma suria 1000MW perlu melabur 2 hingga 2.5 bilion dolar AS, dengan pelaburan purata 1 kW daripada 2000 hingga 2500 dolar AS. Oleh itu, ia hanya boleh digunakan untuk majlis-majlis khas secara kecil-kecilan, manakala penggunaan berskala besar tidak menjimatkan dan tidak dapat bersaing dengan loji janakuasa haba biasa atau loji kuasa nuklear.
Penukaran optik-elektrik langsung
Penjanaan kuasa sel suria dibuat mengikut sifat fotoelektrik bahan tertentu. Badan hitam (seperti matahari) memancarkan gelombang elektromagnet dengan panjang gelombang yang berbeza (bersesuaian dengan frekuensi yang berbeza), seperti inframerah, ultraungu, cahaya boleh dilihat, dll. Apabila sinar ini disinari pada konduktor atau semikonduktor yang berbeza, foton berinteraksi dengan elektron bebas dalam konduktor atau semikonduktor untuk menjana arus. Semakin pendek panjang gelombang dan semakin tinggi frekuensi sinar, semakin tinggi tenaga yang dimilikinya. Sebagai contoh, tenaga sinar ultraungu jauh lebih tinggi daripada sinar inframerah. Walau bagaimanapun, tenaga sinaran semua panjang gelombang tidak boleh ditukar kepada tenaga elektrik. Perlu diingat bahawa kesan fotovoltaik adalah bebas daripada keamatan sinaran. Arus hanya boleh dijana apabila frekuensi mencapai atau melebihi ambang yang boleh menghasilkan kesan fotovoltan. Panjang gelombang maksimum cahaya yang boleh membuat semikonduktor menghasilkan kesan fotovoltaik adalah berkaitan dengan lebar jurang jalur semikonduktor. Sebagai contoh, lebar jurang jalur silikon kristal adalah kira-kira 1.155eV pada suhu bilik. Oleh itu, hanya cahaya dengan panjang gelombang kurang daripada 1100nm boleh menjadikan silikon kristal menghasilkan kesan fotovoltan. Penjanaan kuasa sel suria ialah kaedah penjanaan kuasa yang boleh diperbaharui dan mesra alam. Ia tidak akan menghasilkan gas rumah hijau seperti karbon dioksida dan tidak akan mencemarkan alam sekitar. Mengikut bahan pengeluaran, ia boleh dibahagikan kepada bateri semikonduktor berasaskan silikon, bateri filem nipis CdTe, bateri filem nipis CIGS, bateri filem nipis peka pewarna, bateri bahan organik, dan lain-lain. Antaranya, sel silikon dibahagikan kepada kristal tunggal sel, sel polihabluran dan sel filem nipis silikon amorf. Parameter yang paling penting untuk sel solar ialah kecekapan penukaran. Antara sel solar berasaskan silikon yang dibangunkan di makmal, kecekapan sel silikon monohablur ialah 25.0 peratus, kecekapan sel silikon polihablur ialah 20.4 peratus, kecekapan sel filem nipis CIGS ialah 19.6 peratus, kecekapan sel filem nipis CdTe ialah 16.7 peratus, dan kecekapan sel filem nipis silikon amorfus (silikon amorf) ialah 10.1 peratus
Sel suria adalah sejenis unsur fotoelektrik yang boleh menukar tenaga. Struktur asasnya dibuat dengan menggabungkan semikonduktor jenis P dan jenis N. Bahan semikonduktor yang paling asas ialah "silikon", yang tidak konduktif. Walau bagaimanapun, jika kekotoran yang berbeza dicampurkan dalam semikonduktor, ia boleh dijadikan semikonduktor jenis P dan jenis N. Kemudian, semikonduktor jenis P mempunyai lubang (separuh jenis P mempunyai satu elektron kurang dengan cas negatif, yang boleh dianggap sebagai satu lagi cas positif), dan semikonduktor jenis N mempunyai satu lagi beza potensi elektron bebas untuk menghasilkan arus, jadi apabila matahari bersinar, Tenaga cahaya merangsang elektron dalam atom silikon untuk menghasilkan perolakan elektron dan lubang. Elektron dan lubang ini akan dipengaruhi oleh potensi terbina dalam, dan masing-masing akan tertarik oleh semikonduktor jenis N dan jenis P, dan akan berkumpul di kedua-dua hujungnya. Pada masa ini, jika bahagian luar disambungkan dengan elektrod untuk membentuk litar, ini adalah prinsip penjanaan kuasa sel solar.
Ringkasnya, prinsip penjanaan kuasa fotovoltaik suria adalah menggunakan sel suria untuk menyerap 0.4 μ m-1.1 μ M panjang gelombang (untuk kristal silikon) cahaya matahari, yang menukarkan tenaga cahaya secara langsung kepada elektrik. pengeluaran tenaga.
Oleh kerana tenaga elektrik yang dijana oleh sel suria adalah arus terus, jika perlu untuk membekalkan kuasa kepada perkakas rumah atau pelbagai peralatan elektrik, adalah perlu untuk memasang penukar DC/AC untuk menggantikannya dengan kuasa AC sebelum ia boleh dibekalkan kepada isi rumah atau kuasa industri.
Pembangunan pengecasan sel solar Aplikasi sel solar dalam barangan pengguna kebanyakannya mempunyai masalah pengecasan. Pada masa lalu, objek pengecasan umum menggunakan sel kering NiMH atau NiCd, tetapi sel kering NiMH tidak dapat menahan suhu tinggi, dan sel kering NiCd mempunyai masalah pencemaran alam sekitar. Dengan perkembangan pesat supercapacitors, kapasiti besar, kawasan anti-mengecut dan harga yang rendah, beberapa produk solar mula menggunakan supercapacitors sebagai objek pengecasan, sekali gus memperbaiki banyak masalah pengecasan solar:
Pengecasan pantas,
Hayat perkhidmatan lebih daripada 5 kali lebih lama,
Julat suhu pengecasan adalah luas,
Kurangkan penggunaan sel solar (boleh dicas pada voltan rendah)