Принцип действия солнечных батарей

ФЭП преобразует энергию на основе так называемого фотовольтаического эффекта, характерного для полупроводниковых структур, на которые падают прямые солнечные лучи.


Природа этого явления такова. Структура ФЭП неоднородна, если она получена потем легированием одного полупроводника примесями разных типов. При этом созданется p-n переход. Также сработает соединение вместе полупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны — так называется энергия отрыва одного электрона от атома полупроводника, или же за счёт создания градиента ширины запрещённой зоны полупроводника через изменение его химического состава. Этот процесс носит название «создание варизонных структур». Эти способы можно использовать совместно.

Фактически, на качество преобразования влияют электрофизические свойства самой структуры, которая является полупроводниковой и неоднородной. Кроме того, не стоит забывать и про оптические свойства ФЭП . Среди данных характеристик можно сделать акцент на фотопроводимости, которая характеризуется внутренними процессами фотоэффекта в полупроводниках, после попадания на них солнечных лучей. Принцип действия самой установки ФЭП довольно просто объяснить с помощью преобразователей с p-n переходом. Применение таких устройств в космической и солнечной энергетике стоит не на последнем месте.

С помощью легирования пластины создается «Электронно-дырочный» переход. Пластина состоит из монокристаллического полупроводникового материала. Данный материал имеет свой уровень проводимости (P- или N -типа) с специализированной примесью. С помощью примеси создается дополнительный верхний слой с проводимостью противоположного вида. В этом слое, что является необходимостью, концентрация примеси завышенного порядка в отличии от примеси в базовом материале. Такие условия требуются для того чтобы создать проводимость с противоположным знаком и нейтрализовать носители заряда в свободном состоянии. У порога (P- или N -типа) появляются обедненные участки, поскольку происходит процесс перетечки зарядов. Данные участки образуются в (N-слое) с нескомпенсированным объемным в положительным зарядом. В Р-слое заряд отрицательный. Фактически эти участки и создают p-n переход.

В связи с появлением на переходе потенциального барьера (разность потенциалов ) будет негативно влиять на прохождение главных носителей заряда(электронов со стороны слоя). Но при этом без каких либо препятствий не главные носители зарядов пропускают в противоположных направлениях. С помощью такой характеристики p-n переходов мы можем определить получение фото-ЭДС при солнечном облучении ФЭП.

После создания с помощью света неравновесных носителей заряда, в двух слоях ФЭП, они делятся самом p-n переходе при этом второстепенные носители (электроны) свободно проходят через данный переход. Главные носители (дырки) задерживаются. Под влиянием солнечных излучений через p-n переход в двух направлениях будет протекать ток неосновных носителей заряда, фотоэлектронов, фотодырок. Именно это и требуется для работы ФЭП. При замыкании внешней цепи электроны n-слоя будут возвращаться в р-слой, где происходит процесс рекомбинации(т.е.объединение) с «дырками» . Внутри ФЭП они движутся в обратном направлении. С помощью контактной системы достигается сбор и отвод электронов во внешней цепи, которая располагается на поверхности полупроводниковой системы ФЭП. На тыльной стороне контакты могут быть сплошными. На передней выполняются в виде гребенки или сетки.

Список главных причин в связи, с которыми ФЭП несет потери энергии.

  • При попадании на поверхность преобразователя солнечные лучи имеют свойство отражаться
  • На некоторых участках ФЭП при попадании солнечных лучей не происходит полного поглощения
  • В связи с рассеиванием избыточной энергии фотонов на самой решетке при тепловых колебаниях
  • На поверхности ФЭП и в ее объеме происходит процесс рекомбинации появившихся фотопар
  • У преобразователя имеется свое внутренне сопротивление
  • Разновидности иных физических процессов

Для того чтобы достичь уменьшения всех видов потерь энергии в ФЭП, принимаются и разрабатываются различные мены. В их числе можно отметить:

  • Для солнечного излучения применяются полупроводники с наилучшей шириной так называемой запрещенной зоны.
  • С помощью создания встроенных электрических полей или оптимального процесса легирования, достигается улучшенный уровень характеристик самой полупроводниковой системы.
  • Процесс перехода от одной полупроводниковой структуры к другой. В нашем случае от гомогенная системе переходи в гетерогенную и варизонную.
  • В системе ФЭП оптимизируют конструктивные параметры(т.е толщина начального слоя, допустимая глубина p-n перехода, частота сетки)
  • В системе ФЭП используют различные покрытия. К примеру оптическое. Оптическое покрытие обеспечивает просветление и терморегулирование, защиту от радиации.
  • Разработка фотоэлектрических преобразователей на основе длинноволновой области солнечного спектра, который находится за краем главной границы поглощения.

За счет преобразователей с двухсторонней чувствительностью разработчики смогли достигнуть увеличения КПД в системах ФЭП. Фактически прирост эффективности увеличился на 80%. Так же на изменения повлияло использование люминисцентной переизлучающих структур.

На данный момент на Солнечных Электростанциях применяются различные типы ФЭП. У каждой ФЭП может быть своя структура, на основании различных видов материалов с полупроводниковыми свойствами. Но к сожалению не все материалы соответствуют общим требованиям относительно систем:

  • Повышенная надежность и работоспособность не зависимо от сроков использования.
  • Отсутствие проблем с поставкой необходимого материала для изготовления элементов системы в достаточном количестве. А также установка систем на линию массового производства.
  • Положительные сроки окупаемости в зависимости от энергозатрат на создание самой системы
  • Уменьшение затрат и расхода энергии на управление системой преобразования.
  • Комфорт в плане технического контроля и обслуживания

Получить необходимый материл для создания СЭС(солнечной электростанции) не всегда так просто. Поскольку наличие природных запасов необходимого сырья ограничено. Кроме того, возникают сложности с его переработкой.

Высокий уровень производительности достигается за счет полной автоматизации ФЭП. К примеру, ленточная технология. Создание целой сети предприятий, работающих по такому же принципу. Изготовление исходного материала и комплектация ФЭП своими усилиями поможет снизить себестоимость системы в целом в 2,5 раза.

 
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

солнце

Эксплуатация солнечных батарей

Самодельные солнечные батареи | Воскресенье, 6 Февраля 2011

Практические испытания солнечных батарей...

Монтаж солнечных панелей

Самодельные солнечные батареи | Суббота, 12 Февраля 2011

При монтаже, солнечные панели...

Самодельная солнечная батарея

Самодельные солнечные батареи | Среда, 1 Февраля 2012

Начинаю свой проект по...

Солнечную батарею сделать своими руками

Самодельные солнечные батареи | Понедельник, 6 Февраля 2012

Солнечные батареи своими руками...

Солнечные батареи и аккумуляторы

Самодельные солнечные батареи | Воскресенье, 6 Февраля 2011

На первых спутниках Земли...

Инвертор

Самодельные солнечные батареи | Вторник, 4 Января 2011

   Инвертор превращает постоянный ток...

ветер

Ветроустановка своими руками

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 7 Февраля 2012

Автор: Евгений ВасильевичЯ сделал...

5-метровый самодельный ветрогенератор (Часть 4)

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 20 Марта 2012

Предыдущая часть здесьСхема проводки простая...

5-метровый самодельный ветрогенератор (Часть 2)

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 20 Марта 2012

Начало этой статьи можете найти...

5-метровый самодельный ветрогенератор (Часть 3)

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 20 Марта 2012

Предыдущая статья здесьИтак, следующим этапом...

Ветрогенератор своими руками

Самодельные ветрогенераторы | Воскресенье, 6 Февраля 2011

Ветрогенератор роторного типа. Мощностью до...

Ветроустановка 3.1м

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 7 Февраля 2012

Данная установка планировалась как...