[Papel para baterías solares] Principios básicos del papel para baterías solares
Resumen: Frente a las presiones duales de la energía convencional limitada y los graves daños ambientales, los seres humanos se han convertido en un problema social y ambiental que merece cada vez más atención. En los últimos años, el mercado fotovoltaico se ha desarrollado rápidamente y ha logrado resultados gratificantes. Este artículo presenta los principios y el desarrollo de las células solares, así como varias células solares nuevas, y compara la eficiencia de conversión y las perspectivas de desarrollo de varias células solares. Palabras clave: células solares; principios; desarrollo; perspectivas
1. Introducción
Debido a la continua demanda de energía renovable, la gente está comprometida con el desarrollo de nuevas fuentes de energía. La energía que el sol irradia sobre la superficie terrestre en 40 minutos se puede utilizar durante un año al ritmo actual de consumo energético mundial. El uso racional de la energía solar será una estrategia de desarrollo a largo plazo para que la humanidad resuelva los problemas energéticos y es uno de los puntos de investigación más atractivos. Este artículo presenta los principios y el desarrollo de las células solares, así como varias células solares nuevas, y compara la eficiencia de conversión y las perspectivas de desarrollo de varias células solares.
2. Principio de la célula solar 1
Las células solares son dispositivos semiconductores que pueden absorber eficazmente la energía de la radiación solar y convertirla en energía eléctrica. Debido a que aprovechan el efecto fotovoltaico de diversas barreras de potencial, también se denominan células fotovoltaicas. En su núcleo se encuentran semiconductores que pueden liberar electrones. El material semiconductor más utilizado es el silicio. La corteza terrestre es rica en silicio y se puede decir que es inagotable.
Cuando la luz solar incide sobre la superficie del semiconductor, los electrones de valencia de los átomos de las regiones N y P del interior del semiconductor son excitados por los fotones solares y se obtienen mediante radiación óptica.
Para energías más allá de la banda prohibida, por ejemplo, separación.
* * *Los enlaces de valencia se excitan desde la banda de valencia hasta la banda de conducción,
Por lo tanto, muchos se producen en el interior del material semiconductor.
Pares electrón-hueco en desequilibrio. Esto
Algunos electrones y huecos son excitados por la luz o la
libertad colisión o recombinación en el semiconductor de regreso al estado plano.
Estado de equilibrio. donde el proceso compuesto no está expuesto al exterior.
El efecto conductor pertenece a la parte de pérdida dinámica de energía propia
de la célula solar. Menos operadores fotoexcitados
Los operadores pueden moverse a la región de unión pn y atraer a los operadores minoritarios a través del
emparejamiento P-N
Usando y derivando al otro lado de la región. Se forma externamente un campo eléctrico fotogenerado en dirección opuesta al campo eléctrico de barrera de unión pn. Una vez conectado el circuito externo, se puede generar energía eléctrica. Cuando muchas de estas pequeñas células solares fotovoltaicas se combinan en serie y en paralelo para formar un módulo de células fotovoltaicas, se generará suficiente energía eléctrica bajo la acción de la energía solar.
Es muy importante que los materiales semiconductores utilizados para fabricar las células solares tengan la banda prohibida adecuada. Los semiconductores con diferentes bandas prohibidas sólo pueden absorber una parte de la energía de la radiación solar para generar pares electrón-hueco. Cuanto menor sea el ancho de la banda prohibida, mayor será la porción disponible del espectro solar que se absorbe.
Al mismo tiempo, la energía desperdiciada cerca del pico del espectro solar
es mayor. Se puede observar que sólo seleccionando un material semiconductor con un ancho de banda prohibida adecuado se puede utilizar el espectro solar de manera más efectiva. Dado que la eficiencia de absorción de luz del semiconductor del tipo de migración directa es mayor que la del semiconductor del tipo de migración indirecta, se prefiere el semiconductor del tipo de migración directa.
El sistema de generación de energía solar fotovoltaica es un nuevo tipo de sistema de generación de energía que utiliza el efecto fotovoltaico de los materiales semiconductores de las células solares para convertir directamente la energía de la radiación solar en energía eléctrica. Hay dos modos: funcionamiento independiente y funcionamiento conectado a la red. Los sistemas de generación de energía fotovoltaica independientes requieren baterías como dispositivos de almacenamiento de energía. Se utilizan principalmente en áreas remotas y con poblaciones dispersas sin redes eléctricas. El costo de todo el sistema es muy alto. En áreas con redes eléctricas públicas, los sistemas de generación de energía fotovoltaica funcionan. en paralelo con la red eléctrica, lo que no sólo puede reducir en gran medida los costos, sino también una mayor eficiencia de generación de energía y un mejor desempeño ambiental.
El conjunto de paneles fotovoltaicos es un dispositivo de generación de energía que recoge el calor de la luz solar y convierte la energía luminosa en corriente continua. Consiste en delgadas células fotovoltaicas de estado sólido hechas casi en su totalidad de materiales semiconductores como el silicio. Como no tiene piezas móviles, puede funcionar durante mucho tiempo sin pérdidas.
Las células fotovoltaicas simples pueden alimentar relojes y computadoras, mientras que los sistemas fotovoltaicos más complejos pueden iluminar los hogares y alimentar la red.
Los módulos de paneles fotovoltaicos se pueden fabricar en diferentes formas y los módulos se pueden conectar para generar más electricidad. En los últimos años, los paneles fotovoltaicos se han utilizado en tejados y superficies de edificios e incluso como ventanas.
Parte de un tragaluz o dispositivo de sombreado. Estas instalaciones fotovoltaicas suelen denominarse sistemas fotovoltaicos adosados a edificios.
¿Qué es la tecnología solar fotovoltaica?
El sol es una fuente de energía natural. Todo ser vivo en la tierra tiene la capacidad de funcionar e incluso su existencia debe su existencia a la energía que proviene directa o indirectamente del sol.
Nuestra Tierra está a casi 100 millones de kilómetros del sol. La energía de radiación que intercepta es increíblemente baja, alrededor de tres partes por millón. ¡Incluso una cantidad tan pequeña de energía es en realidad 100.000 veces mayor que la capacidad actual de generación de energía del mundo! Actualmente, el mundo entero, especialmente los países industrializados, está empezando a sentir escasez de energía, por lo que la gente está empezando a recurrir.
La energía solar soluciona la crisis energética.
Solar fotovoltaica
La energía solar se puede suministrar de forma ilimitada todos los días en grandes cantidades. Si se utiliza en grandes centrales eléctricas, se reducirá el efecto invernadero. Algunos expertos en energía y medio ambiente creen que la relación de impacto térmico de la energía solar no es suficiente para satisfacer las necesidades energéticas futuras de la humanidad. Algunos expertos creen que la energía solar acabará representando el 20% del suministro eléctrico. La energía solar es una forma de energía radiante y la generación de energía solar se refiere a la generación de energía eléctrica mediante la obtención de energía de la luz a través de electrones en dispositivos semiconductores con la ayuda de cualquier otro componente mecánico. Hecho de este semiconductor. Su material principal es el silicio, con algunas otras aleaciones. El silicio de alta pureza utilizado para fabricar células solares requiere procesos de purificación especiales. Las células solares pueden convertir la energía luminosa en energía eléctrica siempre que estén iluminadas por la luz solar o la luz.
10~20 electricidad. Los normales
se pueden convertir en energía eléctrica y generalmente están cubiertos con una fina película para evitar el reflejo de la luz, lo que hace que la superficie del panel solar parezca violeta. Su principio de funcionamiento se basa en el semiconductor PN.
Cuando se ilumina, la distribución de carga en el objeto cambia, lo que resulta en los efectos de la fuerza electromotriz y la corriente. Cuando la luz solar u otra luz irradia la unión PN de un semiconductor, aparece un voltaje (llamado voltaje fotovoltaico) en ambos lados de la unión PN. Este fenómeno se conoce como efecto fotovoltaico. Si la unión PN está en cortocircuito, se producirá corriente.
Las células solares se pueden instalar en espacios no utilizados, como tejados, sin ruido, con una larga vida útil y requieren pocos ajustes una vez instaladas. Ahora, siempre que instalemos células solares en el tejado, podremos lograr la autosuficiencia eléctrica en el hogar. The Sun Now
Células solares ligeras que se pueden llevar en el cuerpo. En la actualidad, la utilización de la energía solar tiene un gran margen de desarrollo.
Las tecnologías relevantes pueden lograr avances en un corto período de tiempo. Muchos países desarrollados lo han considerado como una parte importante de su estrategia energética. Tomemos los cristales como ejemplo para describir el proceso de generación de energía fotovoltaica. El silicio cristalino de tipo P se puede dopar con fósforo para obtener silicio de tipo N, formando una unión pn. Cuando la luz incide sobre una célula solar,
Ejemplo de sistema de generación de energía solar fotovoltaica
en la superficie, algunos fotones son absorbidos por el material de silicio y la energía del fotón se transfiere al silicio; Los átomos, lo que hace que los electrones migren, se convierten en electrones libres y se reúnen en ambos lados de la unión P-N, formando una diferencia de potencial. Cuando se enciende el circuito externo, bajo la acción de este voltaje, se produce el proceso energético.
La generación de energía solar fotovoltaica ha experimentado grandes avances desde 1954. Pero es mucho más lento que el desarrollo de las computadoras y las comunicaciones por fibra óptica. La razón puede ser que la gente tiene una búsqueda particularmente fuerte de información y la energía convencional también puede satisfacer las necesidades humanas de energía.
La crisis del petróleo de 1973 y la década de 1990
La contaminación ambiental en la década de 1990 impulsó en gran medida el desarrollo de la generación de energía solar fotovoltaica. Su proceso de desarrollo se describe brevemente de la siguiente manera:
1839
, que es el "efecto fotovoltaico". 1876 1883 Se fabricó la primera "fotocélula de selenio" como dispositivo sensible. Schottky propuso la teoría del "efecto fotovoltaico" de la barrera de Cu2O en 1930.
Ese mismo año, Langer fue el primero en
Diagrama esquemático de protección contra rayos para equipos de sistemas de generación de energía fotovoltaica conectados a la red
Alguien propuso fabricar "células solares" con "efecto fotovoltaico". "Para convertir la energía solar en energía eléctrica. En 1931, Bruno sumergió compuestos de cobre y electrodos de selenio y plata en el electrolito y puso en marcha el motor al sol. 1932 Audubot y Stora producen la primera célula solar de "sulfuro de cadmio". 1941 1954
Sólo 6. Ese mismo año, Vekker descubrió por primera vez que el arseniuro de galio tiene un efecto fotovoltaico y depositó una película de sulfuro de cadmio sobre vidrio para crear la primera célula solar de película delgada. 1955
Ese mismo año apareció la primera luz de navegación fotoeléctrica. RCA en Estados Unidos estudia células solares de arseniuro de galio. En 1957, la eficiencia de las células solares de silicio alcanzó 8.
Células solares de silicio monocristalino
En 1958, se utilizaron por primera vez en el espacio células solares, equipadas con la fuente de alimentación del satélite americano Pioneer 1. 1959 La primera eficiencia alcanza 5. 1960 Las células solares de silicio se conectan por primera vez a la red. 1962
La eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células solares de GaAs alcanzó 65438±03. 1969 La eficiencia de las células solares de sulfuro de cadmio de película delgada alcanzó 8. 1972 16.1972 Salió la celda secundaria de la American Aerospace Corporation. En 1973
La eficiencia de las células solares de GaAs alcanzó 15. En 1974, el Instituto COMSAT propuso células de textura no reflectante, y la eficiencia de las células solares de silicio alcanzó 18. La eficiencia en 1975 fue de 6~. 1976
La eficiencia anual de las células solares de silicio policristalino alcanzó 10. En 1978, Estados Unidos construyó una central solar fotovoltaica terrestre de 100 kWp. 1980 20, batería de arseniuro de galio 22,5, batería de polisilicio 14,5, batería de sulfuro de cadmio 9,15. En 1983, Estados Unidos construyó 1 MWp.
Central fotovoltaica; silicio metalúrgico (epitaxia)
La eficiencia de la celda alcanzó el 11,8. En 1986, Estados Unidos construyó una central fotovoltaica de 6,5 megavatios. En 1990, en el marco del “Plan de Tejados Fotovoltaicos 2000”, se instalaron células fotovoltaicas de 3~5kWp en el tejado de cada vivienda. En 1995, la eficiencia de las células solares de GaAs de concentración de alta eficiencia alcanzó 32.
En 1997, Estados Unidos propuso un "plan". Antes de
2010, había 100.000 hogares en cada hogar con una fuente de alimentación de 3 a 5 kWp y el medidor se instalaba al revés; cuando no había sol, la red eléctrica proporcionaba energía a la casa, el medidor gira. Los hogares sólo tienen que pagar "facturas netas de electricidad".
El Plan Nuevo Sol de 1997 proponía producir 4.300 millones de Wp de células fotovoltaicas para 2010. Entre 1997 y 2010 se produjeron 3.700 millones de Wp de células fotovoltaicas.
En 1998, la eficiencia de las células fotovoltaicas de silicio monocristalino alcanzó el 25. La eficiencia de conversión fotoeléctrica del gobierno holandés
η es un factor importante en la evaluación de la calidad de las células solares. Actualmente: laboratorio eta ≈ 24, industrialización: eta ≈ 15. Voltaje de celda unitaria
V: 0,4 V-0,6 V está determinado por las propiedades físicas del material.
Factor de llenado FF
Un factor importante en la evaluación de la capacidad de carga de las células solares. FF=(Im×Vm)/(Isc×Voc) donde: isc-corriente de cortocircuito, Voc-voltaje de circuito abierto, im-corriente de trabajo óptima, Vm-voltaje de trabajo óptimo;
Intensidad de luz estándar
Intensidad de luz AM1.5, 1000 W/m2, t = 25 ℃;
El impacto de la temperatura en el rendimiento de la batería
Por ejemplo, en condiciones estándar, AM1 .5 En t=25 ℃, se mide que la potencia de salida de un panel solar es 100 Wp. Si la temperatura de la batería aumenta a 45 °C, la potencia de salida del panel de la batería será inferior a 100 Wp.
5. Conclusión
La generación de energía solar fotovoltaica es la mejor forma de utilizar la energía solar. Actualmente, está en marcha la transición de células solares de primera generación basadas en tecnología de obleas de silicio a células solares semiconductoras de segunda generación basadas en tecnología de película delgada semiconductora. La eficiencia de conversión de la primera generación de células solares era de 11 a 15, pero el coste era demasiado elevado.
El costo de las células solares de segunda generación se ha reducido considerablemente, pero la eficiencia de conversión es sólo de 6~8. Para mejorar aún más la eficiencia, se han desarrollado células solares de tercera generación basadas en tecnología de película delgada, cuya eficiencia de conversión será varias veces mayor que la de las células solares de primera y segunda generación. Su aparición abrirá una nueva página en la historia del uso de la energía solar.
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