TEME

Fotonaponske ćelije: kako rade

Fotonaponske ćelije: kako rade

Fotonaponske ćelije: kako rade i kako su napravljene. Pokazujemo vam kako djeluje solarna ćelija na bazi silicija.

TheFotonaponske ćelijesposobni su pretvoriti sunčevo zračenje u električnu energiju. Ovo je sada svima jasno ... da, ali kako to rade? Odgovor leži u strukturisolarna ćelijaali prije nego što uđemo i vidimokako radi fotonaponska ćelijami ćemo vam dati osnove.

Od svjetlosti do struje

Važno je razumjeti pojam "svjetlosti". Svjetlost ima korpuskularnu prirodu i valnu prirodu i, da pojednostavimo, reći ćemo vam da se sastoji od fotona. Stoga je svaki foton ona elementarna čestica koja stvara svjetlost. Da biste razumjeli energetsku snagu svjetlosti, pozivamo vas da pročitate naš članak "Mikrovalna pećnica, kako to radi", vidjet ćete dakoličina energijesadržan u fotonu ovisi o valnoj dužini sunčevog zračenja.

Uzmimo u obzir da foton od 260 nm karakterizira energija jednaka 4,8 elektronskih volti. Otuda dolazi energija koja se pretvara u električnu. Kako se događa ova transformacija? Nastavljamo korak po korak.

Fotonaponska ćelija: kako je napravljena

Fotonaponska ćelija se sastoji od silicija: ovaj poluprovodnički materijal može energiju sunčevog zračenja (svjetlosti) pretvoriti u električnu.

Čisti silicijum sadrži 4 valentna elektrona. Za proizvodnju solarnih ćelija on je "dopiran" kako bi se omogućio uredan prolazak elektrona.

"Dopirani silicijum" sadrži "nečistoće" koje modifikuju električna svojstva poluprovodnika. Uvođenjem atoma fosfora dobiva se formiranje silicijuma n-tipa (koji karakterizira velika gustina slobodnih elektrona). Uvođenjem atoma bora dobiva se stvaranje silicija p-tipa (slobodni naboji su pozitivni, zovu se rupe).

Tako obrađeni silicij imat će zonu P i zonu N odvojenu zonom spajanja poznatim pod nazivom „pražnjenje“ ili svemirskim nabojem. Elektroni iz n zone difundiraju se u p zonu, pa je N silicijum pozitivno nabijen, dok je p-tip negativno nabijen.

Prolazak optužbi je prema konvenciji: od pozitivnog do negativnog punjenja.

Fotonaponska ćelija: kako to radi

Uzmimo u obzir da zona n i zona p imaju veličinu od nekoliko mikrometara i da je između ove dvije zone prostorni naboj. Prostor za punjenje drži odvojene zone sa pokretnim nabojima.

Na ovaj način, naknade su dostupne zaprovođenje električne energije.

Kada foton „pogodi“ ovaj sistem, dobijaju se parovi „elektronska rupa“ u n i p zoni. Kaže se za ovaj fenomenfotoelektrični efekt. Obrada silicijuma (doping) dovodi do pomicanja fotoelektrona prema n zoni (pozitivni pol električnog polja koji je stvoren), dok rupe (pozitivni naboji) idu prema p zoni (negativni pol električnog polja).

Ukratko:
u fotonaponskoj ćeliji postoji prisan kontakt dva sloja silicija, jednog tipa p i drugog tipa n. Ova dva sloja prošarana su p-n spojem ili praznim područjem, na tom području nastajejako elektromagnetsko polje. Sve je ovo samo nekoliko mikrona.

Fotonaponski rad

Sunčeva svjetlost "bombi" modifikovani poluprovodnik. Pozitivni i negativni električni naboji, zafotonaponski efekt, odvojeni su od električnog polja. Nastaje razlika u potencijalu koja će dovesti do cirkulacijetrenutni: struja je veća što je veća količina upadnog svjetla. To je tačno do određene tačke zbog pojave zasićenja: višak energije fotona ne generira uvijek električnu struju već se u toplini rasipa unutarsolarna ćelija.

Efikasnost a solarna ćelijadaje nekoliko faktora. Pored "plafona" svjetlosne energije koju solarna ćelija može primiti prije nego što je odvede u obliku topline, postoje i drugi faktori koji činefotonaponska ćelijamanje ili više efikasan.

Da bi mogao aktivirati fotonaponski efekt, svaki foton mora imati određenu količinu energije. Minimalna vrijednost potrebna za aktiviranje fotonaponskog efekta ovisi o materijalu od kojeg je ćelija izrađena.

Samo dio energije koju foton prenosi na elektron solarne ćelije pretvara se u električnu energiju.

Nadalje, nisu svi parovi elektronskih rupa odvojeni n-p spojem, dio se rekombinira unutar ćelije, što ne pomaže u stvaranju električnog potencijala.

Kako se električna struja proizvodi sa solarnom ćelijom

Da bi se stvorila električna struja, naboji koji kruže u provodnom pojasu morat će doći do metalnih kontakata.

Kada svjetlosna energija pogodi solarnu ćeliju, parovi elektronskih rupa unutar odjeljka za spajanje n - np - p ponašaju se slično onome što bi se dogodilo paralelno s diodom s generatorom struje.


Video: Princip rada Toplotne pumpe Geotermika Rubikon (Maj 2021).