> Știri > Știri de companie

Ce este fotovotaica?

2022-12-22

Fotovoltaica este conversia directă a luminii în energie electrică la nivel atomic. Unele materiale prezintă o proprietate cunoscută sub numele de efect fotoelectric care le face să absoarbă fotonii luminii și să elibereze electroni. Când acești electroni liberi sunt capturați, rezultă un curent electric care poate fi folosit ca energie electrică.

Efectul fotoelectric a fost observat pentru prima dată de un fizician francez, Edmund Bequerel, în 1839, care a descoperit că anumite materiale ar produce cantități mici de curent electric atunci când sunt expuse la lumină. În 1905, Albert Einstein a descris natura luminii și efectul fotoelectric pe care se bazează tehnologia fotovoltaică, pentru care a câștigat ulterior un premiu Nobel pentru fizică. Primul modul fotovoltaic a fost construit de Bell Laboratories în 1954. A fost facturat ca o baterie solară și era în mare parte doar o curiozitate, deoarece era prea scump pentru a fi utilizat pe scară largă. În anii 1960, industria spațială a început să facă prima utilizare serioasă a tehnologiei pentru a furniza energie la bordul navelor spațiale. Prin programele spațiale, tehnologia a avansat, fiabilitatea sa a fost stabilită, iar costul a început să scadă. În timpul crizei energetice din anii 1970, tehnologia fotovoltaică a câștigat recunoașterea ca sursă de energie pentru aplicații non-spațiale.

Diagrama de mai sus ilustrează funcționarea unei celule fotovoltaice de bază, numită și celulă solară. Celulele solare sunt fabricate din aceleași tipuri de materiale semiconductoare, cum ar fi siliciul, utilizate în industria microelectronică. Pentru celulele solare, o placă subțire de semiconductor este tratată special pentru a forma un câmp electric, pozitiv pe o parte și negativ pe cealaltă. Când energia luminoasă lovește celula solară, electronii sunt eliberați de atomii din materialul semiconductor. Dacă conductorii electrici sunt atașați de părțile pozitive și negative, formând un circuit electric, electronii pot fi captați sub forma unui curent electric - adică electricitate. Această energie electrică poate fi apoi utilizată pentru a alimenta o sarcină, cum ar fi o lumină sau o unealtă.

Un număr de celule solare conectate electric între ele și montate într-o structură de susținere sau cadru se numesc modul fotovoltaic. Modulele sunt proiectate pentru a furniza energie electrică la o anumită tensiune, cum ar fi un sistem comun de 12 volți. Curentul produs depinde direct de cât de multă lumină lovește modulul.

Cele mai comune dispozitive fotovoltaice din ziua de azi folosesc o singură joncțiune, sau interfață, pentru a crea un câmp electric într-un semiconductor, cum ar fi o celulă fotovoltaică. Într-o celulă fotovoltaică cu o singură joncțiune, numai fotonii a căror energie este egală sau mai mare decât banda interzisă a materialului celulei pot elibera un electron pentru un circuit electric. Cu alte cuvinte, răspunsul fotovoltaic al celulelor cu o singură joncțiune este limitat la porțiunea din spectrul soarelui a cărei energie este peste banda interzisă a materialului absorbant și nu sunt utilizați fotonii cu energie mai mică.

O modalitate de a ocoli această limitare este utilizarea a două (sau mai multe) celule diferite, cu mai mult de o bandă interzisă și mai mult de o joncțiune, pentru a genera o tensiune. Acestea sunt denumite celule „multijuncție” (numite și celule „în cascadă” sau „tandem”). Dispozitivele cu mai multe joncțiuni pot obține o eficiență totală de conversie mai mare, deoarece pot converti mai mult din spectrul energetic al luminii în electricitate.

După cum se arată mai jos, un dispozitiv cu mai multe joncțiuni este un teanc de celule individuale cu o singură joncțiune, în ordinea descrescătoare a intervalului de bandă (de exemplu). Celula de sus captează fotonii de înaltă energie și îi transmite restul fotonilor pentru a fi absorbiți de celulele cu bandă interzisă inferioară.

O mare parte din cercetările de astăzi în celulele multijoncțiuni se concentrează pe arseniura de galiu ca una (sau toate) celulele componente. Astfel de celule au atins eficiențe de aproximativ 35% sub lumina concentrată a soarelui. Alte materiale studiate pentru dispozitivele cu mai multe joncțiuni au fost siliciul amorf și diselenura de indiu de cupru.

Ca exemplu, dispozitivul cu mai multe joncțiuni de mai jos folosește o celulă superioară de fosfură de galiu indiu, „o joncțiune tunel”, pentru a ajuta fluxul de electroni între celule și o celulă inferioară de arseniură de galiu.

Anterior:De ce ar trebui să mergi la fotovoltaic?

Următorul:Ce este o cutie combinatoare în solar?