Principio de la celda solar

El sol brilla sobre la unión pn del semiconductor para formar un nuevo par hueco-electrón. Bajo el efecto del campo eléctrico incorporado en la unión pn, los huecos fotogenerados fluyen hacia la región p y los electrones fotogenerados fluyen hacia la región n. Después de conectar el circuito, se genera la corriente. Este es el principio de funcionamiento de las células solares de efecto fotoeléctrico.
Hay dos formas de generación de energía solar, una es la conversión de luz-calor-electricidad y la otra es la conversión directa de luz-electricidad.
Conversión fototérmica-eléctrica
El modo de conversión luz-calor-electricidad genera electricidad utilizando la energía térmica generada por la radiación solar. Generalmente, el colector solar convierte la energía térmica absorbida en vapor del medio de trabajo, y luego la turbina de vapor se acciona para generar electricidad. El primer proceso es el proceso de conversión de luz-calor; Este último proceso es el proceso de conversión de calor en electricidad, que es el mismo que la generación de energía térmica ordinaria. La desventaja de la generación de energía solar térmica es que su eficiencia es muy baja y su costo es muy alto. Se estima que su inversión es al menos 5 a 10 veces superior a la de las centrales térmicas ordinarias. Una planta de energía termosolar de 1000MW necesita invertir de 2 a 2,5 mil millones de dólares estadounidenses, con una inversión promedio de 1 kW de 2000 a 2500 dólares estadounidenses. Por lo tanto, solo se puede aplicar en ocasiones especiales a pequeña escala, mientras que la utilización a gran escala no es económica y no puede competir con las centrales térmicas ordinarias o las centrales nucleares.
Conversión óptica-eléctrica directa
La generación de energía con celdas solares se realiza de acuerdo con las propiedades fotoeléctricas de materiales específicos. Los cuerpos negros (como el sol) irradian ondas electromagnéticas de diferentes longitudes de onda (correspondientes a diferentes frecuencias), como luz infrarroja, ultravioleta, visible, etc. Cuando estos rayos son irradiados sobre diferentes conductores o semiconductores, los fotones interactúan con los electrones libres en los conductores. o semiconductores para generar corriente. Cuanto más corta es la longitud de onda y mayor es la frecuencia del rayo, mayor es la energía que tiene. Por ejemplo, la energía de los rayos ultravioleta es mucho mayor que la de los rayos infrarrojos. Sin embargo, la energía de los rayos de todas las longitudes de onda no se puede convertir en energía eléctrica. Cabe señalar que el efecto fotovoltaico es independiente de la intensidad de los rayos. La corriente solo se puede generar cuando la frecuencia alcanza o supera el umbral que puede producir el efecto fotovoltaico. La longitud de onda máxima de la luz que puede hacer que el semiconductor produzca un efecto fotovoltaico está relacionada con el ancho de banda prohibida del semiconductor. Por ejemplo, el ancho de banda prohibida del silicio cristalino es de aproximadamente 1,155 eV a temperatura ambiente. Por lo tanto, solo la luz con una longitud de onda inferior a 1100nm puede hacer que el silicio cristalino produzca un efecto fotovoltaico. La generación de energía con células solares es un método de generación de energía renovable y respetuoso con el medio ambiente. No producirá gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y no contaminará el medio ambiente. De acuerdo con los materiales de producción, se puede dividir en batería de semiconductores a base de silicio, batería de película delgada CdTe, batería de película delgada CIGS, batería de película delgada sensibilizada por colorante, batería de material orgánico, etc. Entre ellos, las celdas de silicio se dividen en monocristal celdas, celdas policristalinas y celdas de película delgada de silicio amorfo. El parámetro más importante para las células solares es la eficiencia de conversión. Entre las celdas solares basadas en silicio desarrolladas en el laboratorio, la eficiencia de las celdas de silicio monocristalino es del 25,0 por ciento, la eficiencia de las celdas de silicio policristalino es del 20,4 por ciento, la eficiencia de las celdas de película delgada CIGS es del 19,6 por ciento, la eficiencia de las celdas de película delgada CdTe es del 16,7 por ciento, y la eficiencia de las células de película delgada de silicio amorfo (silicio amorfo) es del 10,1 por ciento
La celda solar es un tipo de elemento fotoeléctrico que puede convertir energía. Su estructura básica está formada por la combinación de semiconductores tipo P y tipo N. El material más básico de los semiconductores es el "silicio", que no es conductor. Sin embargo, si se mezclan diferentes impurezas en los semiconductores, se pueden convertir en semiconductores tipo P y tipo N. Entonces, los semiconductores de tipo P tienen un agujero (los semiconductores de tipo P tienen un electrón menos con carga negativa, que puede considerarse como una carga positiva más), y los semiconductores de tipo N tienen una diferencia de potencial de un electrón libre más para generar corriente, por lo que cuando brilla el sol, la energía de la luz excita los electrones en el átomo de silicio para producir la convección de electrones y huecos. Estos electrones y huecos se verán afectados por el potencial incorporado y serán atraídos por los semiconductores tipo N y tipo P respectivamente, y se juntarán en ambos extremos. En este momento, si el exterior está conectado con electrodos para formar un circuito, este es el principio de generación de energía con celdas solares.
En resumen, el principio de la generación de energía solar fotovoltaica es utilizar células solares para absorber la luz solar de 0,4 μ m-1,1 μ M de longitud de onda (para el cristal de silicio), que convierte directamente la energía de la luz en energía eléctrica. salida de energía
Dado que la electricidad generada por las celdas solares es de corriente continua, si es necesario proporcionar energía a electrodomésticos o a varios electrodomésticos, es necesario instalar un convertidor de CC/CA para reemplazarlo con energía de CA antes de que pueda suministrarse a los hogares o a los demás. potencia industrial.
El desarrollo de la carga de las celdas solares La aplicación de las celdas solares en bienes de consumo tiene principalmente el problema de la carga. En el pasado, los objetos de carga generales usaban celdas secas de NiMH o NiCd, pero las celdas secas de NiMH no pueden resistir altas temperaturas y las celdas secas de NiCd tienen el problema de la contaminación ambiental. Con el rápido desarrollo de supercondensadores, gran capacidad, área anti-contracción y bajo precio, algunos productos solares comenzaron a utilizar supercondensadores como objetos de carga, mejorando así muchos problemas de carga solar:
Carga rápida,
La vida útil es más de 5 veces más larga,
El rango de temperatura de carga es amplio,
Reducir el consumo de células solares (se pueden cargar a bajo voltaje)