> Jaunumi > Uzņēmuma ziņas

Kas ir fotovotaika?

2022-12-22

Fotoelementi ir tieša gaismas pārvēršana elektrībā atomu līmenī. Dažiem materiāliem piemīt īpašība, kas pazīstama kā fotoelektriskais efekts, kas liek tiem absorbēt gaismas fotonus un atbrīvot elektronus. Kad šie brīvie elektroni tiek uztverti, rodas elektriskā strāva, ko var izmantot kā elektrību.

Fotoelektrisko efektu pirmo reizi atzīmēja franču fiziķis Edmunds Bekerels 1839. gadā, kurš atklāja, ka daži materiāli, pakļaujoties gaismai, radīs nelielu daudzumu elektriskās strāvas. 1905. gadā Alberts Einšteins aprakstīja gaismas dabu un fotoelektrisko efektu, uz kura balstās fotoelementu tehnoloģija, par ko vēlāk ieguva Nobela prēmiju fizikā. Pirmo fotoelektrisko moduli uzbūvēja Bell Laboratories 1954. gadā. Tas tika iekasēts kā saules baterija, un tas galvenokārt bija tikai ziņkārība, jo tas bija pārāk dārgs, lai to plaši izmantotu. Sešdesmitajos gados kosmosa industrija sāka pirmo reizi nopietni izmantot tehnoloģiju, lai nodrošinātu enerģiju kosmosa kuģos. Izmantojot kosmosa programmas, tehnoloģija attīstījās, tika noteikta tās uzticamība, un izmaksas sāka samazināties. Enerģētikas krīzes laikā 1970. gados fotoelementu tehnoloģija ieguva atzinību kā enerģijas avots lietojumiem, kas nav paredzēti kosmosam.

Iepriekš redzamā diagramma ilustrē pamata fotoelementu, ko sauc arī par saules bateriju, darbību. Saules baterijas ir izgatavotas no tāda paša veida pusvadītāju materiāliem, piemēram, silīcija, ko izmanto mikroelektronikas rūpniecībā. Saules baterijām plāna pusvadītāju plāksne ir īpaši apstrādāta, veidojot elektrisko lauku, pozitīvu no vienas puses un negatīvu no otras puses. Kad gaismas enerģija skar saules bateriju, elektroni tiek izsisti no pusvadītāju materiāla atomiem. Ja pozitīvajai un negatīvajai pusei ir pievienoti elektriskie vadītāji, veidojot elektrisko ķēdi, elektronus var uztvert elektriskās strāvas, tas ir, elektrības, veidā. Pēc tam šo elektroenerģiju var izmantot kravas, piemēram, gaismas vai instrumenta, darbināšanai.

Vairākas saules baterijas, kas elektriski savienotas viena ar otru un uzstādītas atbalsta konstrukcijā vai rāmī, tiek sauktas par fotoelektrisko moduli. Moduļi ir paredzēti, lai piegādātu elektroenerģiju ar noteiktu spriegumu, piemēram, kopējā 12 voltu sistēmā. Radītā strāva ir tieši atkarīga no tā, cik daudz gaismas nonāk modulī.

Mūsdienu visizplatītākās PV ierīces izmanto vienu savienojumu vai saskarni, lai izveidotu elektrisko lauku pusvadītājā, piemēram, PV šūnā. Viena savienojuma PV šūnā tikai fotoni, kuru enerģija ir vienāda vai lielāka par šūnas materiāla joslas spraugu, var atbrīvot elektronu elektriskajai ķēdei. Citiem vārdiem sakot, viena savienojuma elementu fotoelementu reakcija ir ierobežota ar saules spektra daļu, kuras enerģija ir virs absorbējošā materiāla joslas spraugas, un netiek izmantoti fotoni ar zemāku enerģiju.

Viens veids, kā apiet šo ierobežojumu, ir sprieguma ģenerēšanai izmantot divas (vai vairākas) dažādas šūnas ar vairāk nekā vienu joslas spraugu un vairāk nekā vienu krustojumu. Tās tiek sauktas par "vairāku savienojumu" šūnām (sauktas arī par "kaskādes" vai "tandēma" šūnām). Vairāku savienojumu ierīces var sasniegt augstāku kopējo konversijas efektivitāti, jo tās var pārveidot vairāk gaismas enerģijas spektra elektrībā.

Kā parādīts zemāk, vairāku savienojumu ierīce ir atsevišķu viena savienojuma šūnu kopums joslas spraugas dilstošā secībā (piem.). Augšējā šūna uztver augstas enerģijas fotonus un nodod pārējos fotonus tālāk, lai tos absorbētu apakšējās joslas spraugas šūnas.

Liela daļa mūsdienu pētījumu daudzu savienojumu šūnās koncentrējas uz gallija arsenīdu kā vienu (vai visām) no šūnām. Šādas šūnas ir sasniegušas aptuveni 35% efektivitāti koncentrētā saules gaismā. Citi materiāli, kas pētīti vairāku savienojumu ierīcēm, ir amorfs silīcijs un vara indija diselenīds.

Piemēram, tālāk norādītajā daudzsavienojuma ierīcē tiek izmantota gallija indija fosfīda augšējā šūna, "tuneļa savienojums", lai veicinātu elektronu plūsmu starp šūnām, un gallija arsenīda apakšējo šūnu.

Iepriekšējais:Kāpēc jums vajadzētu izvēlēties fotoelementus?

Nākamais:Kas ir saules enerģijas kombinētāja kaste?