18新利最新登入太阳能电池的工作原理

你在计算器和看到的太阳能电池卫星也称为光伏(PV)细胞,顾名思义(照片意义“光”和电流的意义”电”),将太阳光直接转化为电能。一个模块是一组细胞连接电和打包成一个框架(通常称为太阳能板),然后可以分为大的太阳能电池阵列,就像操作在内华达州内利斯空军基地。

光伏电池是由特殊的材料称为半导体硅等,目前最常使用。基本上,当光照射的细胞,它的某一部分被吸收在半导体材料。这意味着吸收光的能量转移到半导体。能量碰触电子宽松,允许他们自由流动。

光伏电池也都有一个或多个电场作用迫使电子被光吸收释放在一定方向流动。这个流的电子电流,通过将金属接触光伏电池的顶部和底部,我们可以得出,目前的外用,说,一个计算器。当前,连同细胞的电压(这是由于其内置的电场或字段),定义了权力(或功率)太阳能电池可以产生。

这是最基本的流程,但其实更多。接下来,让我们来深入了解一下PV电池的一个例子:单晶硅电池。

硅有一些特殊的化学性质,特别是在其结晶形式。一个原子硅的有14个电子,安排在三个不同的贝壳。前两个贝壳——分别举行两次和八个电子——完全是满的。然而,外壳仅仅是半满的只有四个电子18新利最新登入。一个硅原子总是寻找方法来填满它最后的外壳,并做到这一点,它将分享电子附近有四个原子。就像每个原子与邻国的手,除了在这种情况下,每个原子有四个手加入了四个邻居。这就是形成了晶体结构,这种类型的结构是重要光伏电池。

唯一的问题是,纯晶体硅是电的不良导体,因为没有可以自由移动的电子,电子与更多的最佳导体铜等。为了解决这个问题,在硅太阳能电池杂质——其他原子故意混合在硅原子,改变工作的方式。我们通常认为杂质不良的东西,但在这种情况下,我们的细胞就不会工作。考虑硅原子的磷,也许每百万硅原子。磷有五个最外层电子,而不是四个。它仍然债券与其邻居硅原子,但在某种意义上,磷有一个电子,没有任何人牵手。它不会形成债券的一部分,但有一个积极的质子在磷原子核保持在原位。

当能量被添加到纯硅,以热的形式为例,它会导致一些电子打破他们的债券和离开他们的原子。是在每种情况下,留下一个洞。这些电子,称为免费的航空公司,然后随机漫步在晶体晶格寻找另一个洞落入和携带电流。18新利最新登入然而,有那么几个在纯硅,他们不是非常有用。

但是我们不纯硅和磷原子混合在一个不同的故事。需要少得多的能量把松散的“额外”磷电子,因为他们不是绑在债券与任何相邻的原子。因此,大多数的电子做打破,我们有更多的自由比我们在纯硅的运营商。故意添加杂质的过程兴奋剂,当掺杂磷、硅叫做n型(负面的“n”)因为流行的自由电子。n型掺杂硅比纯硅更好的导体。

典型的太阳能电池的另一部分是掺杂元素硼,只有3个电子在其外壳而不是四个,成为p型硅。而不是自由电子,p型(“p”积极)免费机会和带有相反的(积极的)。

接下来,我们将仔细看看这两个物质开始相互作用时会发生什么。

之前,现在,我们两个单独的硅是电中性的;当你把它们放在一起有趣的部分开始。因为没有一个电场,细胞不会工作;场形式当n型和p型硅接触。突然,自由电子在N端看到所有的开口在P端,有一个疯狂来填补。做所有的自由电子填补漏洞有空吗?不。如果他们做了,那么整个安排不会是非常有用的。18新利最新登入然而,在结,混合,形成一种障碍,使它越来越困难为N端的电子交叉P。最终,达到平衡,我们双方之间建立了电场。

这个电场充当二极管,允许(甚至推动)电子从P到N,而不是相反。它就像一座小山,电子可以很容易地走下山(N端),但是,它还不能攀爬(P端)。

当光的形式光子点击我们的太阳能电池,其能量分裂电子空穴对。每个光子与足够的能量通常会免费的一个电子,导致在一个自由的洞。如果发生这种情况接近电场,或者自由电子和自由漫步到洞发生的影响,该领域将发送电子的N和P的洞。电气中立,这造成进一步的破坏,如果我们提供外部电流路径,电子将流经的路径P一面团结洞电场发送,为我们工作。电子的流动提供了当前的和细胞的电场引起电压。电流和电压,权力,这是两个的乘积。

有几个组件离开之前,我们可以使用我们的细胞。硅是一个非常闪亮的材料,它可以发送光子反弹之前,他们做了他们的工作,所以

一个抗反射涂层应用于减少这些损失。最后一个步骤是安装的东西可以保护细胞免受元素——通常玻璃盖板。光伏模块通常由数单个细胞连接在一起来实现有用的水平的电压和电流,并把它们在一个坚固的框架包括积极的和消极的终端。

18新利最新登入多少我们的光伏电池吸收阳光的能量呢?不幸的是,可能不是很多。2006年,例如,大多数太阳能电池板只有达到效率水平的12 - 18%。最先进的太阳能电池板系统这一年最后肌肉在该行业的长期障碍在太阳能效率为40%,实现40.7%的[来源:美国能源部]。为什么这样一个挑战,充分利用一个晴朗的日子吗?

可见光只是的一部分电磁波谱。电磁辐射不是单色的,它由一系列不同的波长,因此能量水平。(见18新利最新登入光线是如何工作的一个好的讨论电磁波谱的)。

分为不同波长的光,我们可以看到彩虹的形式。因为光撞到我们的细胞光子年代各种能量,事实证明,他们中的一些人没有足够的能量来改变一个电子空穴对。他们会直接穿过细胞就好像它是透明的。还有其他光子有太多的能量。只有一定量的能量,以电子伏特(eV),定义为我们的细胞材料晶体硅(约1.1 eV),是把一个电子所需要宽松。我们称之为带隙能量的材料。如果一个光子能量超过所需的数量,然后额外的能量。(也就是说,除非一个光子两次所需的能量,并且可以创建一个以上的电子空穴对,但这种效应并不重要。)这两个效应可以独自占大约70%的辐射能量的损失事件在我们的细胞。

为什么我们不能选择一个材料一个非常低的带隙,所以我们可以使用更多的光子?不幸的是,我们的带隙也决定了我们的电场强度(电压),如果太低,然后我们弥补额外的电流(通过吸收更多的光子),我们失去了通过一个小电压。记住,权力是电压乘以电流。最佳的带隙,平衡这两个效应,是周围1.4电动汽车细胞由单一物质。

我们也有其他损失。我们的电子从细胞的一侧流向另一个通过外部电路。我们可以用一个金属罩底部,让良好的传导,但如果我们完全覆盖,那么光子不能通过不透明导体和我们失去了我们所有的电流(在某些细胞,透明导体使用顶部表面,但不是在所有)。如果我们把我们的交往只有在双方的细胞,然后电子有极其长途旅行到联系人。记住,硅是一个半导体——它不是那么好一个金属输送电流。它的内部阻力(称为串联电阻)是相当高的,高电阻意味着损失。这些损失降到最低,细胞通常是由一个金属接触网格,缩短了距离电子旅行,只有一小部分细胞表面。即便如此,一些光子被网格,不能太小,否则自己的阻力将会太高。

现在我们知道太阳能电池操作,看看需18新利最新登入要什么房子与技术力量。

你要做什么权力你的房子用太阳能?虽然它不是那么简单就把模块在你的屋顶,它不是很难做。

首先,并不是所有的屋顶有正确的取向或倾角充分利用太阳的能量。Non-tracking光伏系统在北半球应该指向真正的南方,虽然方向面临更多的东风和西风的方向也可以工作,尽管通过牺牲不同程度的效率。太阳能电池板也应该倾斜一个角度尽可能接近该地区的纬度来吸收全年最大的能量。不同的取向和/或倾向可以如果你想最大化能源生产上午或下午,和/或夏天还是冬天。当然,模块不应该被附近的树木或建筑物阴影,无论一天的时间,一年的时间。在光伏模块,如果阴影甚至只是它的一个细胞,可以显著减少电力生产。

如果你有一个房子,没有阴影的,southward-facing屋顶,你需要决定你需要什么大小的系统。这是复杂的事实,你的电生产取决于天气,从来不是完全可预测的,你的电力需求也会有所不同。幸运的是,这些障碍很容易清晰。阳光气象数据给了月平均水平不同的地理区域。这需要考虑降雨和阴天,以及高度,湿度和其他更微妙的因素。你应该设计最糟糕的一个月,这样你会有足够的电力全年。这些数据和普通家庭需求(你的帐单方便地让你知道你每月使用多少能量),有简单的方法可以用来确定究竟有多少PV模块你需要。18新利最新登入你还需要决定一个系统电压,可以控制通过决定有多少模块线系列。18新利最新登入

你可能已经猜到了我们必须解决的问题。首先,我们做什么当太阳发光吗?

的心血来潮想到住在天气预报可能不会刺激大多数人,但是三个主要选项可以确保你仍然有权力即使太阳并不合作。如果你想完全活网格,但不要信任你的太阳能电池板供电的所有你需要在必要时,你可以使用一个备用发电机,当太阳能供应不足。第二个独立系统涉及储能的形式电池。不幸的是,电池可以增加很多成本和维护一个光伏系统,但它是目前如果你想成为完全独立的必要性。

替代方法是将你的房子连接到公用电网,购买力和销售当你需要它的时候你产生更多的比你使用。这样,该实用程序作为一个几乎无限的存储系统。请记住,政府规定取决于位置和改变。你当地的公用事业公司可能会或可能不会被要求参与,和回购价格可以有很大区别。您还可能需要特殊的设备,以确保权力你想出售公用事业公司与自己的兼容。安全也是一个问题。效用必须确保如果有断电在你的社区里,光伏系统不继续喂电力电线线路工人会认为已经死了。这是一个危险的情况孤岛效应,但它可以避免anti-islanding逆变器,我们很快就会到达的。

如果你决定使用电池,请记住,他们必须保持,然后经过一定数量的年所取代。大多数太阳能电池板倾向于持续30年(和提高寿命肯定是一个研究目标),但电池就没有这种有用的生命[来源:国家可再生能源实验室]。电池在光伏系统也可以是非常危险的因为他们的能量存储和他们含有的酸性电解质,所以你需要通风,非金属外壳。

尽管几种不同的电池是常用的,他们应该都有共同的一个特点是,他们是深度放电的电池。与你的汽车电池,这是一个shallow-cycle电池深度放电的电池可以排出更多的储存能量,同时仍然保持长寿。汽车电池放电的巨额经常很短的时间内,开始你的车,然后立即充电,你开车。光伏电池通常需要放电电流较小更长一段时间(如在夜间或在断电),白天而被起诉。最常用的电池深度放电铅酸电池(密封和通风)和镍镉电池,这两个有不同的优点和缺点。

的使用电池需要安装的另一个组件充电控制器。电池持续更长时间,如果他们没有过度充电或者排干太多。这是什么一个充电控制器。一旦电池完全充电,充电控制器不让电流从光伏模块持续流入。同样,一旦电池已经耗尽了某种预定的水平,通过测量电池电压控制,许多充电控制器将不允许电流从电池耗尽,直到他们被充电。使用充电控制器长电池寿命至关重要。

另一个问题除了能量储存是,电由你的太阳能电池板,提取你的电池,如果你选择使用它们,不是形式提供的实用程序或使用的电器在你的房子里。太阳能系统所产生的电是直流电,所以你需要一个逆变器将它转化为交流电。正如我们讨论的,除了开关直流到交流,一些逆变器也旨在防止孤岛效应如果您的系统是连接到电网。

大多数大型逆变器将允许您自动控制系统是如何工作的。18新利最新登入一些光伏模块,调用交流模块,实际上已经构建到每个模块一个逆变器,消除需要一个大的中央逆变器,简化布线问题。

扔在安装硬件,布线分线盒,接地设备、过电流保护、直流和交流断开和其他配件,你有自己的一个系统。你必须遵循电气代码(有部分国家电气规范只是PV),这是强烈建议一个授权电工经验与光伏系统安装。光伏系统安装完成后,需要很少的维护(特别是如果没有使用电池),并将提供电力干净和安静的20年或更多。

我们谈了很多关于典型的光伏系统如何运作,但涉及成本18新利最新登入效益问题(在下一节我们将进入更多)刺激了无尽的研究工作旨在开发和调整的新方法使太阳能与传统能源的竞争日益激烈。

例如,单晶硅并不是唯一在光伏电池材料。多晶硅是为了减少生产成本,虽然产生的细胞不一样高效单晶硅。第二代太阳能电池技术由所谓的薄膜太阳能电池。虽然他们也倾向于牺牲一些效率,简单和廉价地生产,他们变得更有效率。薄膜太阳能电池可以由各种各样的材料制成,包括非晶硅(没有晶体结构)、砷化镓、铜铟联硒化物和碲化镉。

提高效率的另一个策略是使用两个或两个以上层不同的材料具有不同的带隙。记住,这取决于物质,不同能量的光子吸收。通过叠加高吸收高能光子带隙材料表面(同时允许低能光子吸收低带隙材料之下),会导致更高的效率。这样的细胞,称为多结电池,可以有不止一个电场。

聚光光伏技术另一个前景看好的领域发展。而不是简单地收集和转换的一部分无论阳光恰好照耀下来,被转换成电力,聚光光伏系统使用的光学仪器如透镜和反射镜的焦点更大量的太阳能高效太阳能电池。虽然这些系统通常是昂贵的制造,他们有很多优势传统太阳能面板设置和鼓励进一步的研究和开发工作。

所有这些不同版本的太阳能电池技术公司梦想的应用程序和运行范围的产品,从太阳能飞机和太空发电站等日常用品PV-powered窗帘、衣服和笔记本电脑。甚至纳米颗粒的微型世界被冷落,甚至研究人员正在探索潜在的有机太阳能电池。

但如果光电真是个美妙的免费能源,那么为什么不是整个世界太阳能上运行?

有些人有缺陷的太阳能的概念。而这是真的阳光是免费的,电光伏系统产生的不是。有很多因素决定是否安装光伏系统是值得的。

首先,是你居住的问题。人们生活在阳光充足的地区开始了更大的优势比定居在阳光普照的地方,因为他们的光伏系统通常能够产生更多的电力。公用事业的费用在一个地区最重要的是应该考虑。从地方电价差异很大,所以有人生活在更北边的可能仍要考虑太阳能如果他们率特别高。

接下来,安装成本;正如您可能已经注意到我们的讨论的家庭光伏系统,相当多的硬件是必要的。截至2009年,住宅太阳能电池板安装平均8美元到10美元每瓦安装[来源:国家可再生能源实验室]。系统越大,它通常每瓦成本越少。同样重要的是要记住,许多太阳能系统不完全覆盖电力负荷100%的时间。机会是,你仍然有权利法案,尽管它肯定会低于如果没有太阳能电池板。

尽管标价,但有几个潜在的方式支付的光伏系统成本包括居民和企业愿意升级和太阳能。这些可以在联邦和州税收优惠的形式,公用事业公司回扣和其他融资机会。+,这取决于太阳能板设置有多大,它执行18新利最新登入如何,它可以帮助自己更快的通过创建偶尔盈余的权力。最后,也是很重要的因素在房屋价值的估计。安装光伏系统预计将增加数千美元的价值。

现在,太阳能与公用事业竞争仍有一些困难,但是成本正在下降,研究提高技术。支持者相信PV总有一天会划算在城市地区以及远程的。问题的一部分是,大规模生产需要做尽可能降低成本。这种光伏需求,然而,直到价格下降不会出现竞争水平。18新利最新登入这是“第22条军规”。即便如此,随着需求和模块效率不断上升,价格下降,和世界变得越来越意识到与传统能源相关的环境问题,很有可能光电将有一个光明的前途。

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