Какие бывают типы солнечных батарей? Рабочая, заявка (PDF)

В этой статье вы узнаете о солнечных элементах и их принцип работы , различные типы солнечных элементов , Их конструкция и приложение солнечных батарей. Кроме того, загрузите бесплатный PDF файл этой статьи.

Солнечные батареи и типы

Что такое солнечная батарея?

При фотоэлектрическом (PV) преобразовании солнечное излучение падает на полупроводниковые устройства, называемые солнечными элементами . которые преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество.

Принципиальная схема фотогальванического элемента (PV-элемента) или солнечной батареи приведена на рисунке.

Он основан на эффекте, который свет оказывает на соединение двух типов полупроводников, называемых p-типом и n-типом. N-тип имеет избыток электронов, а p-тип — недостаток электронов.

Когда на клетку падает яркий свет, энергия света, т. е. фотона, позволяет электронам вырваться из соединения между ними.

Это называется фотоэлектрическим. Для монокристаллического кремния (4 валентных электрона) «p» получается путем легирования кремния бором (3 валентных электрона) и обычно имеет толщину 1 мкм; «n» получается легированием мышьяком или фосфором (5 валентных электронов) и обычно имеет толщину 800 мкм.

Читайте также:Что такое солнечная панель? Их типы, работа, преимущества и многое другое

Типы солнечных батарей

Ниже приведены различные типы солнечных элементов. используется в солнечных панелях:

1. Солнечные элементы из аморфного кремния (a-Si).
2. Биогибридный солнечный элемент.
3. Скрытый контактный солнечный элемент.
4. Солнечный элемент на основе теллурида кадмия (Cd Te).
5. Концентрированный фотоэлектрический элемент (CVP и HCVP).
6. Солнечные элементы из селенида меди, индия, галлия (CI(G)S).
7. Солнечный элемент из кристаллического кремния (C-Si).
8. Солнечный элемент, сенсибилизированный красителем.
9. Гибридная солнечная батарея.
10. Многопереходный солнечный элемент.
11. Монокристаллический солнечный элемент.
12. Нанокристаллический солнечный элемент.
13. Фотоэлектрохимическая ячейка.
14. Твердотельный солнечный элемент.
15. Тонкопленочный солнечный элемент.
16. Солнечные элементы на основе пластин.

Солнечные элементы №1 из аморфного кремния (a-Si)

Это модифицированные версии тонкопленочных солнечных элементов. В этом типе солнечных элементов используются три слоя аморфного кремния, каждый из которых имеет разную ширину запрещенной зоны. Различная ширина запрещенной зоны позволяет каждому слою реагировать на разные части энергетического спектра Солнца, что повышает эффективность преобразования.

Аморфные ячейки обеспечивают более высокую эффективность, чем другие типы, и легко доступны. Но им требуется в два раза больше площади поверхности, чтобы производить такую ​​же мощность, как монокристаллический солнечный элемент.

Биогибридный солнечный элемент #2

Биогибридные солнечные элементы состоят из органического вещества (содержащего углерод), то есть фотосистемы, и неорганического вещества (не углерода). Несколько слоев фотосистемы собирают фотонную энергию, преобразуют ее в химическую энергию и создают ток, проходящий через клетку.

Основное преимущество биогибридного солнечного элемента заключается в том, что он преобразует солнечную энергию в электричество со 100% эффективностью. Это означает, что при переходе от химической энергии к электрической теряется совсем немного энергии.

№3. Заглубленный контактный солнечный элемент

Солнечные элементы со скрытыми контактами представляют собой высокоэффективную технологию солнечных элементов. Эти типы работают на основе металлического контакта с покрытием внутри канавки, сформированной лазером.

Они могут дать лучшую производительность примерно на 25% по сравнению с коммерческими солнечными элементами с трафаретной печатью. Повышение эффективности технологии скрытых контактов дает существенные преимущества в плане затрат и производительности.

№4 Солнечная батарея на основе теллурида кадмия (Cd Te)

Этот тип солнечных элементов использует теллурид кадмия в тонком полупроводниковом слое, предназначенном для поглощения и преобразования солнечного света в электричество. Они действуют как основной фотопреобразующий слой и поглощают наиболее видимый свет в пределах первого микрона материала.

В котором слой TCO создает электрическое поле, которое преобразует свет, поглощенный слоем CdTe, в ток и напряжение. Эти системы намного эффективнее сопоставимого кристаллического кремния.

№5 Концентрированный фотоэлектрический элемент (CVP и HCVP)

Концентрированные фотоэлектрические элементы генерируют электроэнергию так же, как и обычные фотоэлектрические системы. CVP обычно использует изогнутые зеркала, чтобы сфокусировать солнечный свет на небольших высокоэффективных многопереходных солнечных элементах. Они могут обеспечить большую эффективность примерно на 40%, а также дешевле.

Солнечные элементы №6 из селенида меди, индия, галлия (CI(G)S)

Солнечный элемент из селенида меди-индия-галлия используется для преобразования энергии солнечного света в электрическую. Обычно это делается путем нанесения тонкого слоя меди, индия, галлия и селена на стеклянную или пластиковую подложку вместе с электродами, расположенными взад и вперед для накопления тока.

Поскольку материал имеет высокий коэффициент поглощения и сильно поглощает солнечный свет, требуется гораздо более тонкая пленка. Эти материалы могут поглощать значительную часть солнечного спектра, что позволяет достичь максимальной эффективности.

#7 Солнечная батарея из кристаллического кремния (C-Si)

Кристаллический кремний является основным полупроводниковым материалом, используемым в фотоэлектрической технологии для производства солнечных элементов. Эти солнечные элементы состоят из частиц кремния, связанных вместе, образуя кристаллическую решетку.

Эта кристаллическая решетка обеспечивает организованную систему, которая делает преобразование света в электричество более эффективным. Поскольку он обладает высокой эффективностью, он снижает стоимость конечной установки.

#8 Солнечная батарея, сенсибилизированная красителем

Это недорогой тонкопленочный солнечный элемент на основе полупроводника, образованного между фоточувствительным анодом и электролитом, фотоэлектрохимической системы. Эти устройства используются для преобразования энергии света в электрическую энергию с использованием органических красителей и полупроводников.

По сравнению с другими типами солнечных элементов они лучше работают в условиях высокой температуры и рассеянного света. Кроме того, он экономически эффективен, прост в производстве и прост в обращении.

Гибридный солнечный элемент #9

Эти типы солнечных элементов состоят из двух материалов:органических и неорганических полупроводников. Органический материал состоит из сопряженных полимеров, поглощающих свет в качестве доноров и транспортных пор.

С другой стороны, неорганические материалы используются в качестве акцепторов и переносчиков электронов в структуре. Преимущество гибридных солнечных систем заключается в том, что они хранят солнечную энергию и дешевую электроэнергию. Использование солнечной энергии стало возможным в течение максимального времени использования.

#10 Многопереходный солнечный элемент

Это солнечные элементы с несколькими p-n переходами из различных полупроводниковых материалов. При этом p-n-переход каждого материала будет генерировать электрический ток в ответ на разные длины волн света.

Они способны поглощать падающий солнечный свет с различной длиной волны, используя отдельные слои. Это делает их более эффективными при преобразовании солнечного света в электричество, чем ячейки с одним переходом.

Монокристаллический солнечный элемент #11

Этот тип солнечного элемента состоит из цилиндрического кремниевого стержня, изготовленного из монокристалла кремния высокой чистоты, аналогичного полупроводнику. Он работает как поликристаллический солнечный элемент.

Когда солнечный свет падает на монокристаллические солнечные элементы, они поглощают энергию и посредством сложного процесса создают электрическое поле. Это электрическое поле включает в себя напряжение и ток, которые генерируют электричество. Монокристаллические солнечные элементы имеют относительно высокий КПД.

#12 Нанокристаллический солнечный элемент

Нанокристаллические солнечные элементы изготовлены из материала, покрытого нанокристаллами. Нанокристаллы состоят из кремния, CdTe или SiG, а подложки обычно из кремния или различных органических полупроводников.

Эти нанокристаллы формируются методом центрифугирования, который включает размещение объема раствора квантовых точек на плоской поверхности. Равномерно распределяют раствор и обтачивают поверхность до достижения необходимой толщины.

#13 Фотоэлектрохимическая ячейка

Эти солнечные элементы поглощают источник солнечного света полупроводником или фотосенсибилизатором для производства электрической энергии, подобно солнечному элементу, сенсибилизированному красителем.

При этом каждая ячейка состоит из одного или двух полупроводниковых фотоэлектродов, а также дополнительного металлического электрода и электрода сравнения, погруженных в электролит. Они дешевы и довольно просты, что является одним из их преимуществ.

#14 Твердотельный солнечный элемент

Твердотельные солнечные элементы обычно используются для полупроводникового оборудования, подобного полупроводниковым диодам и интегральным схемам. Они также используются в полупроводниковой электронике без движущихся частей, заменяя устройства с движущимися частями.

Он состоит из двух кристаллов, один из которых легирован полупроводником n-типа, который усиливает дополнительные свободные электроны зоны проводимости. А другой легирован полупроводником p-типа, который добавляет больше электронных дырок.

Тонкопленочный солнечный элемент №15

Эти типы предназначены для преобразования энергии солнечного света в электрическую энергию с использованием фотогальванического эффекта. Тонкопленочные солнечные элементы изготавливаются путем нанесения одного или нескольких тонких слоев на гибкую подложку, например стекло, пластик или металл.

В настоящее время используются различные типы тонкопленочных солнечных элементов из-за их относительно низкой стоимости и эффективности при выработке электроэнергии. Кроме того, они используются в нескольких технологиях, включая теллурид кадмия, диселенид меди, индия, галлия и аморфный тонкопленочный кремний.

#16 Солнечные батареи на основе пластин

Как следует из названия, кремниевые элементы на основе пластин состоят из кусочков монокристаллического или мультикристаллического кремния. Они могут достичь максимальной эффективности любого типа фотоэлектрической технологии. В этом солнечном элементе все функциональные слои нанесены на подложку и транскрибированы для разделения электрически связанных элементов.

Работа солнечной батареи

Солнечные фотоны ударяются о клетку на микротонкой p-стороне и проникают в соединение, образуя электронно-дырочные пары. Когда ячейка подключена к нагрузке, как показано, электроны будут диффундировать сверху n. Направление тока (I) противоположно движению электронов.

Обычно вольтамперные характеристики показаны на рисунке для двух различных уровней солнечного излучения, для каждого из которых Voc =напряжение холостого хода, Isc =ток короткого замыкания. Идеальная мощность ячейки Vo.Isc. Максимальная полезная мощность – это площадь наибольшего прямоугольника, который может быть сформирован под кривой ВАХ.

Если напряжение и ток, соответствующие этой ситуации, обозначить через Vm и I’m, то максимальная полезная мощность равна VmIm. Отношение максимальной полезной мощности к идеальной мощности называется полным коэффициентом (k). Типичные значения этих факторов для кремниевой ячейки:

Voc =от 450 до 400 мВ; Ioc =от 30 до 50 мА/см ² , К =от 0,65 до 0,80.

Солнечные элементы в виде тонких пленок или пластин преобразуют от 3% до менее 30% падающей солнечной энергии в постоянный ток. электричество. Соединение таких элементов в последовательно-параллельные конфигурации позволяет создавать солнечные панели с высоким напряжением до нескольких киловольт.

В сочетании с оборудованием для хранения и кондиционирования энергии эти элементы могут использоваться как неотъемлемая часть полной системы преобразования солнечной энергии в электрическую.

Применение солнечных батарей

Есть много практических приложений для использования солнечных батарей или фотогальваники. Он впервые используется в сельском хозяйстве в качестве источника энергии для орошения. В здравоохранении солнечные батареи можно использовать для охлаждения медицинских принадлежностей. Фотоэлектрические модули используются в фотоэлектрических системах и включают в себя большое количество электрических устройств:

Ниже приведен другой списокприменений солнечных батарей:

1. Фотоэлектрические электростанции.
2. Солнечные фотоэлектрические системы на крыше.
3. Автономные фотоэлектрические системы.
4. Солнечные гибридные энергетические системы.
5. Концентрированные фотоэлектрические элементы.
6. Солнечные батареи.
7. В лазерах с солнечной накачкой.
8. Солнечные автомобили.
9. Используется в солнечных батареях на космических кораблях и космических станциях.

---

Вот и все, спасибо за чтение. Если у вас есть какие-либо вопросы о «типах солнечных элементов — спрашивайте в комментариях. Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями.

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать больше контента: