¿Cómo se clasifican las células solares?
Las celdas solares, también conocidas como celdas fotovoltaicas, son dispositivos que convierten directamente la energía de la radiación solar en energía eléctrica.
Este dispositivo se encapsula en módulos de celdas solares, y luego una cierta cantidad de módulos se combinan en una determinada matriz de celdas solares de energía de acuerdo con las necesidades. Sistema de generación de energía de batería, también conocido como sistema de generación de energía fotovoltaica.
Las celdas solares, también conocidas como celdas fotovoltaicas, son dispositivos que convierten directamente la energía de la radiación solar en energía eléctrica.
Este dispositivo se encapsula en módulos de celdas solares, y luego una cierta cantidad de módulos se combinan en una determinada matriz de celdas solares de energía de acuerdo con las necesidades. Sistema de generación de energía de batería, también conocido como sistema de generación de energía fotovoltaica.
¿Qué hacen las células solares?
Las células fotovoltaicas convierten la luz solar en electricidad
Una celda fotovoltaica (PV), comúnmente llamada celda solar, es un dispositivo no mecánico que convierte la luz solar directamente en electricidad. Algunas células fotovoltaicas pueden convertir la luz artificial en electricidad.
El dispositivo central de la generación de energía solar fotovoltaica es la celda solar.
La historia de desarrollo de las células solares ha pasado por una larga historia de desarrollo de más de 160 años. Desde el punto de vista del desarrollo general, la investigación básica y el progreso tecnológico han desempeñado un papel activo en la promoción, hasta ahora, la estructura básica y el mecanismo de las células solares no han cambiado.
¿Cómo funcionan las células solares simples?
Una celda solar se compone de dos capas de silicio que se tratan para permitir que la electricidad fluya a través de ellas cuando se exponen a la luz solar. Una capa está cargada positivamente, la otra negativamente. A medida que los fotones entran en las capas, ceden su energía a los átomos del silicio en forma de electrones.
Las celdas solares se clasifican por estructura.
Ø Células solares de unión homogénea Ø Células solares de unión heterogénea Ø Células solares Schottky
Las celdas solares se clasifican por material.
Células solares de silicio
Células solares de película delgada de múltiples compuestos
Células solares de compuestos orgánicos
Células solares nanocristalinas sensibilizadas
Células solares de polímeros multicapa de electrodos modificados
Las células solares se clasifican según sus métodos de trabajo.
Células solares de panel plano
Células solares de concentración
Células solares espectroscópicas
La primera generación: silicio monocristalino y silicio policristalino, que representan alrededor del 89.9% del mercado de productos de células solares. La primera generación de células solares se basa en obleas de silicio, utilizando principalmente silicio monocristalino y silicio policristalino como materiales. Entre ellos, la eficiencia de conversión de las celdas de silicio monocristalino es la más alta, que puede alcanzar el 18-20%, pero el costo de producción es alto.
La segunda generación: células solares de película delgada, que representan el 9.9% del mercado de productos de células solares. Las células solares de segunda generación se basan en tecnología de película delgada y utilizan principalmente silicio amorfo y óxidos como materiales. La eficiencia es más baja que la primera generación, la eficiencia de conversión más alta es del 13%, pero el costo de producción es el más bajo.
La tercera generación: células solares compuestas de película delgada como seleniuro de indio y cobre (CIS) y células solares de película delgada Si. Principalmente en el estado de producción de laboratorio, existen enormes efectos económicos potenciales debido a su alta eficiencia y bajo costo.
Las células solares de silicio se pueden dividir en:
1) Células solares de silicio monocristalino
2) Células solares de película delgada de silicio policristalino
3) Células solares de película delgada de silicio amorfo
Células solares de silicio monocristalino
Las células solares de silicio monocristalino son células solares hechas de varillas de silicio monocristalino de alta pureza, que tienen la mayor eficiencia de conversión y la tecnología más madura. Las celdas de silicio monocristalino de alto rendimiento se basan en materiales de silicio monocristalino de alta calidad y técnicas de procesamiento térmico relacionadas.
Células solares de película delgada de silicio amorfo
El silicio utilizado en las células solares de película delgada de silicio amorfo es a-Si. Su estructura básica no es una unión pn sino una unión pin. Dopando boro para formar la región p, dopando fósforo para formar la región n, i es una capa intrínseca sin impurezas o ligeramente dopada.
Características sobresalientes:
Bajo costo de materiales y procesos de fabricación.
El proceso de producción es un proceso de baja temperatura (100-300 ℃), y el consumo de energía es bajo.
Es fácil formar una capacidad de producción a gran escala y todo el proceso de producción puede automatizarse.
Hay muchas variedades y amplios usos.
Hay problemas: la brecha de banda óptica es de 1.7 eV → insensible a la región de longitud de onda larga → baja eficiencia de conversión
Efecto de fotodegradación: la eficiencia fotoeléctrica decae con la continuación del tiempo de iluminación
Solución: preparar células solares en tándem, es decir, depositar una o más subcélulas de clavijas en las células solares de unión única de clavijas preparadas.
Métodos de producción: pulverización reactiva, PECVD, LPCVD.
Gas reactivo: SiH4 diluido con H2
Material del sustrato: vidrio, acero inoxidable, etc.
Células solares de silicio policristalino
Las células solares de película delgada de silicio policristalino producen películas delgadas de silicio policristalino en materiales de sustrato de bajo costo y utilizan una capa de silicio cristalino relativamente delgada como capa activa de las células solares, lo que no solo mantiene el alto rendimiento y la estabilidad de las células solares de silicio cristalino, sino que también también la cantidad de materiales utilizados. Una caída sustancial, lo que reduce significativamente los costos de la batería. El principio de funcionamiento de las células solares de película delgada de silicio policristalino es el mismo que el de otras células solares, que se basa en la interacción de la luz solar y los materiales semiconductores para formar un efecto fotovoltaico.
Métodos de preparación comunes:
Deposición de vapor químico a baja presión (LPCVD)
Deposición de vapor químico mejorada por plasma (PECVD)
Epitaxia en fase líquida (LPPE)
Método de deposición por pulverización catódica
Gas reactivo SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4 o SiH4
↓ (bajo cierta atmósfera protectora)
Los átomos de silicio se depositan sobre sustratos calentados.
(El material del sustrato es Si, SiO2, Si3N4, etc.)
Problemas: es difícil formar granos más grandes en sustratos que no son de silicio y es fácil formar huecos entre los granos
Solución: primero use LPCVD para condensar una capa delgada de silicio amorfo en el sustrato, luego recocer esta capa de silicio amorfo para obtener granos de cristal más grandes y luego depositar una capa gruesa en el cristal semilla. película de polisilicio.
Dado que las celdas de película delgada de silicio policristalino usan menos silicio que el silicio monocristalino, no hay problema de disminución de la eficiencia y es posible prepararlas sobre materiales de sustrato baratos. El costo es mucho más bajo que el de las celdas de silicio monocristalino y la eficiencia es mayor que la de las celdas de película delgada de silicio amorfo. Por lo tanto, las celdas de película delgada de silicio policristalino pronto dominarán el mercado de la energía solar.
Células solares de película delgada de múltiples compuestos
Los materiales de celdas solares de película delgada de múltiples compuestos son sales inorgánicas, que incluyen principalmente compuestos del grupo de arseniuro de galio III-V, sulfuro de cadmio, telururo de cadmio y baterías de película delgada de seleniuro de indio y cobre.
La eficiencia de las celdas de película delgada policristalina de sulfuro de cadmio y telururo de cadmio es mayor que la de las celdas solares de película delgada de silicio amorfo, y el costo es menor que el de las celdas de silicio monocristalino, y también es fácil de producir en masa, pero debido a que el cadmio es altamente tóxico, causará graves daños al medio ambiente. La contaminación, por lo tanto, no es el reemplazo más ideal para las células solares de silicio cristalino.
La eficiencia de conversión de las células compuestas de arseniuro de galio III-V puede alcanzar el 28%. El material compuesto de arseniuro de galio tiene una banda prohibida óptica muy ideal y una alta eficiencia de absorción. Tiene una fuerte resistencia a la radiación y es insensible al calor. Es adecuado para la fabricación de baterías de unión única de alta eficiencia. Sin embargo, el alto precio de los materiales de arseniuro de galio limita en gran medida la popularidad de las baterías de arseniuro de galio.
La batería de película delgada de seleniuro de indio y cobre (abreviada como CIS) es adecuada para la conversión fotoeléctrica, y no hay problema de efecto de degradación inducido por la luz, y la eficiencia de conversión es la misma que la del polisilicio. Con las ventajas de bajo precio, buen rendimiento y proceso simple, se convertirá en una dirección importante para el desarrollo de celdas solares en el futuro. El único problema es la fuente del material. Dado que tanto el indio como el selenio son elementos relativamente raros, el desarrollo de este tipo de baterías está destinado a ser limitado.
Células solares de compuestos orgánicos
Las células solares orgánicas utilizan sustancias orgánicas con propiedades fotosensibles como materiales semiconductores para generar voltaje y formar corriente a través del efecto fotovoltaico. Las células solares orgánicas se pueden dividir en estructura de unión única, estructura de heterounión pn y estructura nanocristalina sensibilizada por colorante según el material semiconductor.
Según datos de encuestas relevantes, el costo promedio de las celdas solares orgánicas es solo del 10% al 20% del costo de las celdas solares de silicio; sin embargo, la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las celdas solares orgánicas actualmente en el mercado es solo del 10% como máximo, que es el principal problema que restringe su promoción integral. . Por lo tanto, cómo mejorar la tasa de conversión fotoeléctrica es el problema clave que debe resolverse en el futuro.
Células solares nanocristalinas sensibilizadas
La celda solar de TiO2 sensibilizada por colorante es en realidad una celda fotoelectroquímica. En 1991, un grupo de investigación dirigido por el Prof. Michael Grätzel de la Ecole Polytechnique de Lausanne (EPFL) en Suiza utilizó un TiO2 semiconductor de óxido de ancho de banda ancha y económico para preparar películas delgadas nanocristalinas en las que una gran cantidad de ácido carboxílico-bipiridina Ru(II ) se adsorbieron complejos. Se desarrolla una célula solar nanocristalina sensibilizada por colorante mediante el uso de una sal de baja volatilidad que contiene pares redox como electrolito.
Las ventajas de las células solares de TiO2 nanocristalino radican en su bajo costo, proceso simple y rendimiento estable. Su eficiencia fotoeléctrica es estable en más del 10%, el costo de producción es solo de 1/5 a 1/10 del de las células solares de silicio y su vida útil puede llegar a más de 20 años. Sin embargo, la investigación y el desarrollo de este tipo de baterías acaba de comenzar y se estima que ingresarán gradualmente al mercado en un futuro cercano.
Fundamental:
La molécula de tinte absorbe la energía de la luz solar y pasa al estado excitado, el estado excitado es inestable, los electrones se inyectan rápidamente en la banda de conducción del TiO2 adyacente y los electrones perdidos en el tinte se compensan rápidamente con el electrolito y los electrones que ingresan la banda de conducción de TiO2 finalmente ingresa. La película conductora genera una fotocorriente a través del circuito externo.
Células solares de polímeros multicapa de electrodos modificados
Reemplazar materiales inorgánicos con polímeros orgánicos es una dirección de investigación emergente para la fabricación de células solares. Debido a las ventajas de una buena flexibilidad, fácil fabricación, amplias fuentes de materiales y bajo costo de los materiales orgánicos, es de gran importancia para la utilización a gran escala de la energía solar y el suministro de electricidad barata.
La investigación sobre la preparación de celdas solares con materiales orgánicos no ha hecho más que comenzar, y ni la vida útil ni la eficiencia de las celdas se pueden comparar con los materiales inorgánicos, especialmente las celdas de silicio. Queda por estudiar y explorar más a fondo si se puede desarrollar en un producto con significado práctico.
Batería de almacenamiento de energía solar Keheng
Con el progreso tecnológico y las ventajas de costos de las baterías de fosfato de hierro y litio cada vez más evidentes, las baterías de almacenamiento de energía solar actuales son casi baterías de fosfato de hierro y litio.
Las baterías de fosfato de hierro y litio tienen las siguientes ventajas
Alto rendimiento de seguridad
Larga vida:
El ciclo de vida de las baterías de plomo-ácido de larga duración es de aproximadamente 300 veces, y el máximo es de 500 veces, mientras que el ciclo de vida de las baterías de fosfato de hierro y litio puede alcanzar más de 2,000 veces, y la carga estándar (tasa de 5 horas) El uso puede llegar a 2,000 veces.
Buen rendimiento a altas temperaturas
el pico de calentamiento eléctrico del fosfato de hierro y litio puede alcanzar los 350 ℃-500 ℃, mientras que el manganato de litio y el cobaltato de litio tienen solo alrededor de 200 ℃. Amplio rango de temperatura de funcionamiento (-20 °C–75 °C), con resistencia a altas temperaturas, el pico de calentamiento eléctrico del fosfato de hierro y litio puede alcanzar los 350 ℃-500 ℃, mientras que el manganato de litio y el cobaltato de litio están solo alrededor de los 200 ℃.
Alta densidad de energía
Peso ligero
Protección del medio ambiente
La batería de almacenamiento de energía solar Keheng se usa ampliamente en el almacenamiento de energía en el hogar y en la fuente de alimentación UPS de la estación base de telecomunicaciones, fuente de alimentación portátil para exteriores.
BATERÍAS DE CICLO PROFUNDO con BMS (batería de litio lifepo4)
Batería LiFePO24 de ciclo profundo de baja temperatura 60V 4AH
Batería LiFePO48 de ciclo profundo de baja temperatura 50V 4AH
Batería LiFePO48 de ciclo profundo de baja temperatura 100V 4AH
Batería LiFePO48 de ciclo profundo de baja temperatura 200V 4AH
Batería LiFePO12 de ciclo profundo de baja temperatura 200V 4ah
Habilitación de calentamiento a baja temperatura de 100 AH y 12 V
