Výpočet fotovoltaického systému. Premena fotovoltaickej solárnej energie Faktory ovplyvňujúce účinnosť fotovoltaických článkov

Efektívna premena voľných slnečných lúčov na energiu, ktorú možno použiť na napájanie domov a iných zariadení, je obľúbeným snom mnohých zástancov zelenej energie.

Princíp fungovania solárnej batérie a jej účinnosť sú však také, že o vysokej účinnosti takýchto systémov zatiaľ nie je potrebné hovoriť. Bolo by fajn mať vlastný dodatočný zdroj elektriny. Nieje to? Navyše aj dnes je v Rusku s pomocou solárnych panelov veľké množstvo súkromných domácností úspešne zásobované „bezplatnou“ elektrinou. Stále neviete, kde začať?

Nižšie vám povieme o konštrukcii a princípoch fungovania solárneho panelu, dozviete sa, od čoho závisí účinnosť solárneho systému. A videá uverejnené v článku vám pomôžu zostaviť solárny panel z fotobuniek vlastnými rukami.

V téme „slnečná energia“ je pomerne veľa nuancií a zmätku. Pre začiatočníkov je často na začiatku ťažké pochopiť všetky neznáme pojmy. Bez toho je však nerozumné zapojiť sa do solárnej energie a nakupovať zariadenia na výrobu „slnečného“ prúdu.

Nevedomky tak môžete nielen vybrať nesprávny panel, ale ho pri pripájaní aj jednoducho spáliť alebo z neho vytiahnuť príliš málo energie.

Galéria obrázkov

Maximálnu návratnosť solárneho panelu je možné dosiahnuť len vtedy, ak viete, ako funguje, z akých komponentov a zostáv pozostáva a ako je všetko správne pripojené.

Druhou nuansou je pojem „solárna batéria“. Slovo „batéria“ sa zvyčajne vzťahuje na nejaký druh elektrického úložného zariadenia. Alebo prichádza na rad banálny vykurovací radiátor. V prípade solárnych batérií je však situácia radikálne odlišná. Nič v sebe nehromadia.

Fotoelektrický spôsob premeny slnečnej energie na elektrickú je založený na fenoméne fotoelektrického javu - uvoľnení vodivých elektrónov v prijímači žiarenia pod vplyvom kvánt slnečného žiarenia.

Tento efekt sa využíva v polovodičových materiáloch, v ktorých je energia žiarenia kvant hn vytvára napríklad na p–n- prechod fotoprúdu

I f=eN e,

Kde N e- počet elektrónov vytvárajúcich potenciálny rozdiel na prechode, v dôsledku čoho bude na prechode tiecť zvodový prúd v opačnom smere ja, rovný fotoprúdu, ktorý je konštantný.

Straty energie pri fotoelektrickej premene sú spôsobené neúplným využitím fotónov, ako aj rozptylom, odporom a rekombináciou už vytvorených vodivých elektrónov.

Najbežnejšie priemyselne vyrábané solárne články (fotočlánky) sú kremíkové články v tvare plátku. Existujú aj ďalšie typy a konštrukcie, ktoré sa vyvíjajú na zlepšenie účinnosti a zníženie nákladov na solárne články.

Hrúbka solárneho článku závisí od jeho schopnosti absorbovať slnečné žiarenie. Používajú sa polovodičové materiály ako kremík, arzenid gália atď., pretože začínajú absorbovať slnečné žiarenie s dostatočne dlhou vlnovou dĺžkou a dokážu premeniť jeho značnú časť na elektrinu. Absorpcia slnečného žiarenia rôznymi polovodičovými materiálmi dosahuje najväčšiu hodnotu, keď je hrúbka dosiek od 100 do 1 mikrónu alebo menej.

Zníženie hrúbky solárnych článkov môže výrazne znížiť spotrebu materiálov a náklady na ich výrobu.

Rozdiely v absorpčnej kapacite polovodičových materiálov sa vysvetľujú rozdielmi v ich atómovej štruktúre.

Účinnosť premeny slnečnej energie na elektrickú energiu nie je vysoká. Pre kremíkové prvky nie viac ako 12...14%.

Pre zvýšenie účinnosti solárnych článkov sú na prednej strane solárneho článku použité antireflexné vrstvy. V dôsledku toho sa zvyšuje podiel prepusteného slnečného žiarenia. Pri prvkoch bez povlaku dosahujú straty odrazom 30 %.

V poslednej dobe sa na výrobu solárnych článkov používa množstvo nových materiálov. Jedným z nich je amorfný kremík, ktorý na rozdiel od kryštalického kremíka nemá pravidelnú štruktúru. Pre amorfnú štruktúru je pravdepodobnosť absorpcie fotónov a prechodu do vodivého pásma väčšia. Preto má väčšiu absorpčnú schopnosť. Používa sa aj arzenid gália (GaAs). Teoretická účinnosť prvkov na báze GaAs môže dosiahnuť 25%, skutočné prvky majú účinnosť okolo 16%.

Vyvíja sa technológia tenkovrstvových solárnych článkov. Napriek tomu, že účinnosť týchto prvkov v laboratórnych podmienkach nepresahuje 16 %, majú nižšie náklady. To je obzvlášť cenné pre zníženie nákladov a spotreby materiálu pri hromadnej výrobe. V USA a Japonsku sa tenkovrstvové prvky vyrábajú na amorfnom kremíku s plochou 0,1 ... 0,4 m 2 s účinnosťou 8 ... 9%. Najbežnejším tenkovrstvovým solárnym článkom sú články zo sulfidu kademnatého (CdS) s účinnosťou 10 %.

Ďalším pokrokom v technológii tenkovrstvových solárnych článkov bola výroba viacvrstvových článkov. Umožňujú pokryť väčšinu spektra slnečného žiarenia.

Aktívny materiál solárneho článku je pomerne drahý. Pre efektívnejšie využitie sa slnečné žiarenie zhromažďuje na povrchu solárneho článku pomocou koncentračných systémov (obr. 2.7).

Pri zvyšovaní toku žiarenia sa vlastnosti prvku nezhoršujú, ak je jeho teplota udržiavaná na úrovni teploty okolitého vzduchu pomocou aktívneho alebo pasívneho chladenia.

Existuje veľké množstvo koncentračných systémov založených na šošovkách (zvyčajne ploché Fresnelove šošovky), zrkadlách, totálnych vnútorných odrazových hranoloch atď. Ak dôjde k veľmi nerovnomernému ožiareniu solárnych článkov alebo modulov, môže to viesť k zničeniu solárneho článku.

Použitie koncentračných systémov umožňuje znížiť náklady na solárne elektrárne, keďže koncentračné prvky sú lacnejšie ako solárne články.

Keďže cena solárnych článkov klesla, bolo možné postaviť veľké fotovoltaické zariadenia. Do roku 1984 bolo v USA, Taliansku, Japonsku, Saudskej Arábii a Nemecku vybudovaných 14 relatívne veľkých solárnych elektrární s výkonom od 200 kW do 7 MW.

Solárna fotovoltaická inštalácia má množstvo výhod. Využíva čistý a nevyčerpateľný zdroj energie, nemá žiadne pohyblivé časti, a preto nevyžaduje neustály dohľad personálu údržby. Solárne články je možné vyrábať vo veľkom množstve, čo zníži ich cenu.

Solárne batérie sú zostavené zo solárnych modulov. Zároveň existuje veľký výber typov a veľkostí týchto zariadení s rovnakou účinnosťou premeny energie a rovnakou technológiou výroby.

Keďže dodávka slnečnej energie je periodická, je najracionálnejšie zaradiť fotovoltické systémy do hybridných elektrární, ktoré využívajú solárnu energiu aj zemný plyn. Na týchto staniciach by sa mohla použiť nová generácia plynových turbín. Hybridné nízkoenergetické elektrárne pozostávajúce z fotovoltaických panelov a dieselových generátorov sú už spoľahlivými dodávateľmi energie.

Koniec práce -

Táto téma patrí do sekcie:

Katedra priemyselnej tepelnej energetiky.. prednášky k predmetu Nivie Gribanov A.. text bol vytlačený..

Ak potrebujete ďalší materiál k tejto téme, alebo ste nenašli to, čo ste hľadali, odporúčame použiť vyhľadávanie v našej databáze diel:

Čo urobíme s prijatým materiálom:

Ak bol tento materiál pre vás užitočný, môžete si ho uložiť na svoju stránku v sociálnych sieťach:

Všetky témy v tejto sekcii:

Energetické zdroje planéty
Energetické zdroje sú hmotné objekty, v ktorých je sústredená energia. Energiu možno zhruba rozdeliť na typy: chemická, mechanická, tepelná, elektrická atď. K základným energetickým zdrojom z

Možnosti využitia energetických zdrojov
Termonukleárna energia Termonukleárna energia je energia fúzie hélia z deutéria. Deutérium je atóm vodíka, ktorého jadro pozostáva z jedného protónu a jedného neutra

Energetické zdroje Ruska
Rusko má obrovské zásoby energetických zdrojov a najmä uhlia. Teoretickým potenciálom sú zásoby paliva, ktoré neboli konkrétne overené. Technická potencia

Výroba energie v tepelných elektrárňach
Ako vo väčšine krajín sveta, aj v Rusku sa väčšina elektriny vyrába v tepelných elektrárňach spaľujúcich fosílne palivá. V tepelných elektrárňach sa ako palivo používajú tuhé, kvapalné a plynné palivá.

Variabilný plán spotreby energie
Spotreba elektriny nie je počas dňa rovnaká. Počas dopravných špičiek sa prudko zvyšuje a v noci výrazne klesá. Energetická sústava preto musí disponovať základnými kapacitami pracujúcimi v p.

Problémy s prenosom elektriny
Prenos elektrickej energie na veľké vzdialenosti je spojený so stratami v elektrických vedeniach. Strata elektrickej energie sa rovná súčinu prúdu a elektrickej energie. odpor drôtu. Prenáša sa drôtom

Plynové turbíny a plynové elektrárne s kombinovaným cyklom (GTU a CCGT)
V súčasnosti sú plynové turbíny a plynové elektrárne s kombinovaným cyklom najsľubnejšie zo všetkých zariadení na výrobu tepelnej a elektrickej energie. Použitie týchto zariadení v mnohých krajinách

Magnetohydrodynamické jednotky (MGDU)
Perspektívne je aj využitie elektrární na báze magnetohydrodynamického generátora. Cyklus MGDU je rovnaký ako u jednotky plynovej turbíny, t.j. adiabatická kompresia a expanzia pracovnej tekutiny, izobarický prívod

Palivové články
V súčasnosti sa palivové články používajú na výrobu elektrickej energie na výrobu elektriny. Tieto prvky premieňajú energiu chemických reakcií na elektrickú energiu. Chemický

Tepelné čerpadlá
HP sa nazývajú zariadenia, ktoré fungujú v reverznom termodynamickom cykle a sú určené na prenos tepla z nízkopotenciálneho zdroja energie na vysokopotenciálny. Druhý zákon

Miesto drobnej energetiky v ruskom energetickom sektore
Medzi netradičné zdroje energie patria malé vodné elektrárne, dieselové elektrárne, plynové piestové elektrárne, malé jadrové elektrárne. Garant spoľahlivého napájania, tepla

Plynové turbíny a malé elektrárne s kombinovaným cyklom
Elektrárne s plynovou turbínou s nízkym výkonom sú kompaktné zariadenia vyrábané na princípe blok-kontajner. Komponenty elektrárne s plynovou turbínou umožňujú vyrábať nielen elektrinu, ale aj

Mini CHP
V súčasnosti je zvýšený záujem o kombinovanú výrobu elektriny a tepla pomocou malých elektrární s výkonom od niekoľkých desiatok kW do niekoľkých

Dieselové elektrárne
V niektorých ťažko dostupných regiónoch Ruska, kde je nerentabilné inštalovať elektrické vedenie, sa na zásobovanie obyvateľstva týchto oblastí energiou používajú benzínové a naftové elektrárne. V regiónoch ďaleko na severe počet

Plynové piestové elektrárne
Pretože Keďže ceny motorovej nafty neustále rastú, používanie dieselových elektrární na motorovú naftu sa predražuje, a preto je v súčasnosti veľký záujem o

Malé hybridné elektrárne
Na zvýšenie spoľahlivosti a účinnosti systémov napájania je potrebné vytvorenie multifunkčných energetických komplexov (MEC). Komplexy môžu byť tiež vytvorené na základe malých hybridných elektrických

Malé jadrové elektrárne
V poslednom období je značný záujem o jadrové elektrárne s nízkym výkonom. Sú to stanice blokového dizajnu; umožňujú vám zjednotiť zariadenia a pracovať autonómne. Takéto stanice môžu byť spoľahlivé

Malá vodná elektráreň
Lídrom v rozvoji malých vodných elektrární je Čína. Kapacita malých vodných elektrární (MVE) v Číne presahuje 20 tisíc MW. V Indii inštalovaný výkon MVE presahuje 200 MW. Široké využitie MVE

Základné neobnoviteľné zdroje energie sa skôr či neskôr vyčerpajú. V súčasnosti asi 80 % spotreby energie planéty pochádza z fosílnych palív. Keď sa používa týmto spôsobom, organicky

Vodná energia
Vodná elektráreň využíva ako zdroj energie energiu prúdenia vody. Vodné elektrárne sú postavené na riekach stavbou priehrad a nádrží. Pre efektívnu výrobu energie vo vodných elektrárňach sú potrebné 2 hlavné faktory

Solárna energia
Slnečná energia je výsledkom fúznej reakcie medzi jadrami ľahkých prvkov deutéria, trícia a hélia, ktoré sú sprevádzané obrovským množstvom energie. Zdroj všetkej energie, s výnimkou

Premena slnečnej energie na tepelnú energiu
Slnečnú energiu je možné premeniť na tepelnú energiu pomocou kolektora. Všetky slnečné kolektory majú plošný alebo objemový absorbér tepla. Teplo môže byť odoberané z kolektora alebo akumulované

Termodynamická premena slnečnej energie na elektrickú energiu
Metódy termodynamickej premeny slnečnej energie na elektrickú energiu sú založené na cykloch tepelných motorov. Slnečná energia sa premieňa na elektrickú energiu v solárnych elektrárňach (

Perspektívy rozvoja solárnej energie v Rusku
V roku 1985 bola v dedine Shchelkino v krymskej oblasti uvedená do prevádzky prvá solárna elektráreň vežového typu v ZSSR SES-5 s elektrickým výkonom 5 MW. 1600 heliostatov (ploché zrná

Vlastnosti využívania veternej energie
Hlavnou príčinou vetra je nerovnomerné zahrievanie zemského povrchu slnkom. Veterná energia je veľmi silná. Podľa odhadov Svetovej meteorologickej organizácie sú zásoby veternej energie

Výroba elektriny pomocou veterných turbín
Používanie veterných turbín na výrobu elektriny je najefektívnejší spôsob premeny veternej energie. Pri navrhovaní veterných turbín je potrebné vziať do úvahy ich nasledujúce vlastnosti

Veterná energia v Rusku
Ruský potenciál veternej energie sa odhaduje na 40 miliárd kW. h elektriny ročne, to znamená asi 20 000 MW. Veterná elektráreň s výkonom 1 MW s priemernou ročnou rýchlosťou vetra 6 m/s ušetrí 1

Pôvod geotermálnej energie
V zemskom jadre dosahujú teploty 4000 °C. K uvoľňovaniu tepla cez pevné horniny pevniny a oceánskeho dna dochádza najmä v dôsledku tepelnej vodivosti a menej často vo forme konvekčných tokov roztavenej kvapaliny.

Technika extrakcie geotermálneho tepla
Zdroje geotermálnej energie možno rozdeliť do piatich typov. 1. Zdroje geotermálnej suchej pary. Sú pomerne zriedkavé, ale sú najvhodnejšie na výstavbu geotermálnych elektrární. 2. Zdroj

Elektrina
Premena geotermálnej energie na elektrickú energiu sa uskutočňuje strojovou metódou pomocou termodynamického cyklu v geotermálnej elektrárni. Na výstavbu geotermálnych elektrární sa najviac využíva

Významnejší je rozsah využitia geotermálneho tepla na vykurovanie a zásobovanie teplou vodou. V závislosti od kvality a teploty termálnej vody existujú rôzne geotermálne schémy

Vplyv geotermálnej energie na životné prostredie
Hlavný vplyv GeoTPP na životné prostredie je spojený s rozvojom terénu, výstavbou budov a parovodov. Požadujem poskytnúť GeoTES požadované množstvo pary alebo horúcej vody

Geotermálna energia v Rusku
V Rusku bolo preskúmaných 47 geotermálnych ložísk so zásobami termálnych vôd, ktoré umožňujú získať viac ako 240 × 103 m3/deň. termálne vody a parné hydrotermy produkujú

Príčiny návalov horúčavy
Príliv a odliv je výsledkom gravitačnej interakcie Zeme s Mesiacom a Slnkom. Slapová sila Mesiaca v danom bode zemského povrchu sa určí ako rozdiel lokálnej hodnoty gravitačnej sily

Prílivové elektrárne (TPP)
Voda zdvihnutá do maximálnej výšky počas prílivu môže byť oddelená od mora priehradou. V dôsledku toho sa vytvorí prílivový bazén. Maximálny výkon, ktorý je možné získať prechodom

Vplyv PES na životné prostredie
Možné environmentálne vplyvy prílivových elektrární môžu súvisieť so zvýšenými rozsahmi prílivu a odlivu na oceánskej strane priehrady. To môže viesť k zaplaveniu pôdy a štruktúr

Prílivová energia v Rusku
V Rusku je využívanie prílivovej energie v pobrežných zónach Severného ľadového a Tichého oceánu spojené s veľkými kapitálovými investíciami. Prvá elektráreň v našej krajine, Kislogubskaya TPP

Energia vĺn
Z morských vĺn môžete získať obrovské množstvo energie. Sila prenášaná vlnami hlbokou vodou je úmerná druhej mocnine ich amplitúdy a periódy. Najväčší záujem sú o dlhé

Energia oceánskych prúdov
Celú vodnú plochu Svetového oceánu pretínajú povrchové a hlboké prúdy. Zásoba kinetickej energie týchto prúdov je asi 7,2∙1012 kW∙h/rok. Táto energia s pomocou

Zdroje tepelnej energie oceánov
Svetové oceány sú prirodzeným akumulátorom slnečnej energie. V tropických moriach má horná vrstva vody hrubá niekoľko metrov teplotu 25...30 °C. V hĺbke 1000 m je teplota vody

Oceánske tepelné elektrárne
Na premenu energie zmien teploty v oceáne sa navrhuje niekoľko typov zariadení. Najväčší záujem je o premenu tepelnej energie na elektrickú energiu pomocou termodynamiky

Zdroje biomasy
Pojem „biomasa“ sa vzťahuje na organickú hmotu rastlinného alebo živočíšneho pôvodu, ktorú možno použiť na výrobu energie alebo technicky vhodných palív

Termochemická premena biomasy (spaľovanie, pyrolýza, splyňovanie)
Jedným z hlavných smerov recyklácie drevného odpadu je jeho využitie na výrobu tepelnej a elektrickej energie. Hlavné technológie získavania energie z drevného odpadu sú:

Biotechnologická konverzia biomasy
Biotechnologická konverzia využíva rôzne organické odpady s obsahom vlhkosti najmenej 75 %. Biologická premena biomasy sa rozvíja v dvoch hlavných smeroch: 1) farma

Environmentálne problémy bioenergie
Bioenergetické rastliny pomáhajú znižovať znečistenie životného prostredia všetkými druhmi odpadu. Anaeróbna fermentácia nie je len efektívnym spôsobom využitia živočíšneho odpadu

Charakteristika tuhého komunálneho odpadu (TKO)
Na mestských skládkach sa ročne nahromadia státisíce ton odpadu z domácností. Merná ročná produkcia tuhého odpadu na obyvateľa moderného mesta je 250...700 kg. Vo vyspelých krajinách je táto hodnota napr

Recyklácia pevného odpadu na skládkach
V súčasnosti sa TKO zvyčajne odváža na skládky s predpokladom ich následnej mineralizácie. Pevný odpad sa odporúča pred likvidáciou zhutniť. To nielen znižuje

Kompostovanie tuhého odpadu
Druhým smerom likvidácie tuhého odpadu je spracovanie na organické hnojivo (kompost). Kompostovať možno až 60 % z celkovej hmoty odpadu z domácností. Proces kompostovania sa vykonáva striedavo

Spaľovanie tuhého odpadu v špeciálnych spaľovniach odpadu
V ekonomicky vyspelých krajinách sa čoraz väčšie množstvo tuhého odpadu spracováva priemyselnými metódami. Najúčinnejší z nich je tepelný. Umožňuje znížiť objem odpadu takmer 10-krát

Vážení čitatelia! Kolektív knižnice Vám praje šťastný nový rok a veselé Vianoce! Úprimne želáme vám a vašim rodinám šťastie, lásku, zdravie, úspech a radosť!
Nech vám nadchádzajúci rok dá prosperitu, vzájomné porozumenie, harmóniu a dobrú náladu.
Veľa šťastia, prosperity a splnenia vašich najcennejších túžob v novom roku!

Otestujte prístup na EBS Ibooks.ru

Vážení čitatelia! Do 31. decembra 2019 bola našej univerzite poskytnutý testovací prístup na EBS Ibooks.ru, kde sa môžete zoznámiť s akoukoľvek knihou v režime čítania plného textu. Prístup je možný zo všetkých počítačov v univerzitnej sieti. Na získanie vzdialeného prístupu je potrebná registrácia.

"Genrikh Osipovich Graftio - k 150. výročiu jeho narodenia"

Vážení čitatelia! V sekcii „Virtuálne výstavy“ je nová virtuálna výstava „Henrikh Osipovich Graftio“. V roku 2019 uplynie 150 rokov od narodenia Genrikha Osipoviča, jedného zo zakladateľov vodného priemyslu v našej krajine. Encyklopedistický vedec, talentovaný inžinier a vynikajúci organizátor Genrikh Osipovich výrazne prispel k rozvoju domácej energie.

Výstavu pripravili pracovníci oddelenia náučnej literatúry knižnice. Výstava predstavuje diela Genrikha Osipoviča z historického fondu LETI a publikácie o ňom.

Výstavu si môžete pozrieť

Otestujte prístup do systému elektronickej knižnice IPRbooks

Vážení čitatelia! Od 8. novembra 2019 do 31. decembra 2019 bol našej univerzite poskytnutý bezplatný testovací prístup do najväčšej ruskej plnotextovej databázy - IPR BOOKS Electronic Library System. EBS IPR BOOKS obsahuje viac ako 130 000 publikácií, z toho viac ako 50 000 unikátnych vzdelávacích a vedeckých publikácií. Na platforme máte prístup k aktuálnym knihám, ktoré nie je možné nájsť vo verejnej doméne na internete.

Prístup je možný zo všetkých počítačov v univerzitnej sieti.

Pre získanie vzdialeného prístupu je potrebné kontaktovať oddelenie elektronických zdrojov (miestnosť 1247) administrátora VChZ Polina Yurievna Skleymova alebo emailom [chránený e-mailom] s témou „Registrácia v IPRbooks“.

So solárnymi článkami sa tak či onak stretli mnohí z nás. Niekto používal alebo používa solárne panely na výrobu elektriny pre domáce účely, niekto používa malý solárny panel na nabíjanie svojho obľúbeného gadgetu v teréne a niekto určite videl malý solárny článok na mikrokalkulačke. Niektorí mali to šťastie aj navštíviť.

Zamysleli ste sa však niekedy nad tým, ako prebieha proces premeny slnečnej energie na elektrickú energiu? Aký fyzikálny jav je základom fungovania všetkých týchto solárnych článkov? Obráťme sa na fyziku a podrobne pochopme proces generovania.

Od samého začiatku je zrejmé, že zdrojom energie je tu slnečné svetlo, alebo vedecky povedané, získava sa vďaka fotónom slnečného žiarenia. Tieto fotóny si možno predstaviť ako prúd elementárnych častíc nepretržite sa pohybujúcich od Slnka, z ktorých každá má energiu, a preto celý svetelný prúd nesie nejaký druh energie.

Z každého štvorcového metra povrchu Slnka sa nepretržite vyžaruje 63 MW energie vo forme žiarenia! Maximálna intenzita tohto žiarenia spadá do oblasti viditeľného spektra - .

Vedci teda zistili, že hustota energie toku slnečného svetla vo vzdialenosti 149 600 000 kilometrov od Slnka k Zemi, po prechode atmosférou a po dosiahnutí povrchu našej planéty, je v priemere približne 900 W na meter štvorcový.

Tu môžete túto energiu prijať a pokúsiť sa z nej získať elektrinu, teda premeniť energiu svetelného toku Slnka na energiu pohybujúcich sa nabitých častíc, inými slovami na.

Na premenu svetla na elektrinu potrebujeme fotoelektrický konvertor. Takéto konvertory sú veľmi bežné, sú voľne predajné, ide o takzvané solárne články - fotoelektrické konvertory vo forme doštičiek vyrezaných z kremíka.

Najlepšie sú monokryštalické, tie majú účinnosť okolo 18%, teda ak má tok fotónov zo slnka hustotu energie 900 W/m2, tak počítajte s príjmom 160 W elektriny na meter štvorcový batéria zostavená z takýchto článkov.

Funguje tu fenomén nazývaný „fotografický efekt“. Fotoelektrický efekt alebo fotoelektrický efekt- ide o jav emisie elektrónov látkou (jav vyvrhovania elektrónov z atómov látky) pod vplyvom svetla alebo iného elektromagnetického žiarenia.

V roku 1900 Max Planck, otec kvantovej fyziky, navrhol, aby sa svetlo vyžarovalo a absorbovalo v jednotlivých častiach alebo kvantách, ktoré neskôr, konkrétne v roku 1926, chemik Gilbert Lewis nazval „fotóny“.

Každý fotón má energiu, ktorá sa dá určiť podľa vzorca E = hv - Planckova konštanta vynásobená frekvenciou žiarenia.

V súlade s myšlienkou Maxa Plancka sa jav, ktorý objavil v roku 1887 Hertz a potom ho v rokoch 1888 až 1890 dôkladne študoval Stoletov, stal vysvetliteľným. Alexander Stoletov experimentálne študoval fotoelektrický efekt a stanovil tri zákony fotoelektrického efektu (Stoletovove zákony):

Pri konštantnom spektrálnom zložení elektromagnetického žiarenia dopadajúceho na fotokatódu je saturačný fotoprúd úmerný energetickému osvetleniu katódy (inými slovami: počet fotoelektrónov vyrazených z katódy za 1 s je priamo úmerný intenzite žiarenia) .

Maximálna počiatočná rýchlosť fotoelektrónov nezávisí od intenzity dopadajúceho svetla, ale je určená len jeho frekvenciou.

Pre každú látku existuje červený limit fotoelektrického javu, to znamená minimálna frekvencia svetla (v závislosti od chemickej povahy látky a stavu povrchu), pod ktorou je fotoelektrický efekt nemožný.

Neskôr, v roku 1905, Einstein objasnil teóriu fotoelektrického javu. Ukáže, ako kvantová teória svetla a zákon zachovania a premeny energie dokonale vysvetľujú, čo sa deje a čo sa pozoruje. Einstein napísal rovnicu fotoelektrického javu, za ktorú dostal v roku 1921 Nobelovu cenu:

Pracovná funkcia A je minimálna práca, ktorú musí elektrón vykonať, aby opustil atóm látky. Druhým pojmom je kinetická energia elektrónu po výstupe.

To znamená, že fotón je absorbovaný elektrónom atómu, vďaka čomu sa kinetická energia elektrónu v atóme zvyšuje o množstvo energie absorbovaného fotónu.

Časť tejto energie sa minie na elektrón opúšťajúci atóm, elektrón opúšťa atóm a môže sa voľne pohybovať. A smerovo sa pohybujúce elektróny nie sú nič iné ako elektrický prúd alebo fotoprúd. V dôsledku toho môžeme hovoriť o výskyte EMF v látke v dôsledku fotoelektrického javu.

teda Solárna batéria funguje vďaka fotoelektrickému efektu, ktorý v nej pôsobí. Kam však idú „vyradené“ elektróny vo fotovoltaickom meniči? Fotoelektrický konvertor alebo solárny článok alebo fotočlánok je teda fotoelektrický jav, ktorý v ňom prebieha nezvyčajným spôsobom, je to vnútorný fotoefekt a má dokonca špeciálny názov „ventilový fotoefekt“.

Vplyvom slnečného žiarenia dochádza v p-n prechode polovodiča k fotoelektrickému javu a vzniká emf, ale elektróny neopúšťajú fotobunku, všetko sa deje v blokovacej vrstve, keď elektróny opúšťajú jednu časť tela a presúvajú sa do inej časti. z toho.

Kremík v zemskej kôre tvorí 30 % jej hmoty, preto sa všade používa. Zvláštnosťou polovodičov vo všeobecnosti je, že nie sú vodičmi ani dielektrikami, ich vodivosť závisí od koncentrácie nečistôt, od teploty a od vystavenia žiareniu.

Pásmová medzera v polovodiči je niekoľko elektrónvoltov, a to je práve energetický rozdiel medzi hornou úrovňou valenčného pásma atómov, z ktorej unikajú elektróny, a dolnou úrovňou vodivého pásma. V kremíku má bandgap šírku 1,12 eV - presne toľko, koľko je potrebné na absorbovanie slnečného žiarenia.

Takže, p-n križovatka. Dopované vrstvy kremíka vo fotobunke tvoria p-n spojenie. Tu sa vytvára energetická bariéra pre elektróny, ktoré opúšťajú valenčné pásmo a pohybujú sa len jedným smerom, diery sa pohybujú opačným smerom. Takto vzniká prúd v solárnom článku, teda elektrina zo slnečného žiarenia.

Pn prechod vystavený fotónom neumožňuje nosičom náboja - elektrónom a dieram - pohybovať sa iným smerom ako jedným smerom, oddeľujú sa a končia na opačných stranách bariéry. A keď je fotoelektrický konvertor pripojený k záťažovému obvodu cez hornú a dolnú elektródu, pri vystavení slnečnému žiareniu sa vytvorí vo vonkajšom obvode.