Come vengono classificate le celle solari
Le celle solari, note anche come celle fotovoltaiche, sono dispositivi che convertono direttamente l'energia della radiazione solare in energia elettrica.
Questo dispositivo è incapsulato in moduli di celle solari, quindi un certo numero di moduli viene combinato in un determinato array di celle solari di potenza in base alle esigenze. Sistema di generazione di energia a batteria, noto anche come sistema di generazione di energia fotovoltaica.
Le celle solari, note anche come celle fotovoltaiche, sono dispositivi che convertono direttamente l'energia della radiazione solare in energia elettrica.
Questo dispositivo è incapsulato in moduli di celle solari, quindi un certo numero di moduli viene combinato in un determinato array di celle solari di potenza in base alle esigenze. Sistema di generazione di energia a batteria, noto anche come sistema di generazione di energia fotovoltaica.
Cosa fanno le celle solari?
Le celle fotovoltaiche convertono la luce solare in elettricità
Una cella fotovoltaica (PV), comunemente chiamata cella solare, è un dispositivo non meccanico che converte la luce solare direttamente in elettricità. Alcune celle fotovoltaiche possono convertire la luce artificiale in elettricità.
Il dispositivo centrale della generazione di energia solare fotovoltaica è la cella solare.
La storia dello sviluppo delle celle solari ha attraversato una lunga storia di sviluppo di oltre 160 anni. Dal punto di vista dello sviluppo complessivo, la ricerca di base e il progresso tecnologico hanno svolto un ruolo attivo nel promuovere, finora, la struttura di base e il meccanismo delle celle solari.
Come funzionano le celle solari in modo semplice?
Una cella solare è composta da due strati di silicio che vengono trattati per consentire all'elettricità di fluire attraverso di essi quando esposti alla luce solare. Uno strato è caricato positivamente, l'altro caricato negativamente. Quando i fotoni entrano negli strati, cedono la loro energia agli atomi nel silicio sotto forma di elettroni.
Le celle solari sono classificate per struttura
Ø Celle solari a giunzione omogenea Ø Celle solari a giunzione eterogenea Ø Celle solari Schottky
Le celle solari sono classificate per materiale
Celle solari al silicio
Celle solari multicomposte a film sottile
Celle solari composte organiche
Celle solari nanocristalline sensibilizzate
Celle solari ad elettrodo multistrato polimerico
Le celle solari sono classificate in base ai loro metodi di lavoro
Celle solari a pannello piatto
Celle solari a concentrazione
Celle solari spettroscopiche
La prima generazione: silicio monocristallino e silicio policristallino, che rappresentano circa l'89.9% del mercato dei prodotti a celle solari. La prima generazione di celle solari si basa su wafer di silicio, utilizzando principalmente silicio monocristallino e silicio policristallino come materiali. Tra questi, l'efficienza di conversione delle celle di silicio monocristallino è la più alta, che può raggiungere il 18-20%, ma il costo di produzione è elevato.
La seconda generazione: celle solari a film sottile, che rappresentano il 9.9% del mercato dei prodotti delle celle solari. Le celle solari di seconda generazione si basano sulla tecnologia a film sottile e utilizzano principalmente silicio amorfo e ossidi come materiali. L'efficienza è inferiore rispetto alla prima generazione, l'efficienza di conversione più alta è del 13%, ma il costo di produzione è il più basso.
La terza generazione: celle solari composte a film sottile come il seleniuro di rame indio (CIS) e celle solari a film sottile Si. Principalmente nello stato di produzione in laboratorio, ci sono potenziali enormi effetti economici dovuti alla sua alta efficienza e basso costo.
Le celle solari al silicio possono essere suddivise in:
1) Celle solari in silicio monocristallino
2) Celle solari a film sottile in silicio policristallino
3) Celle solari a film sottile di silicio amorfo
Celle solari in silicio monocristallino
Le celle solari in silicio monocristallino sono celle solari realizzate con barre di silicio monocristallino di elevata purezza, che hanno la più alta efficienza di conversione e la tecnologia più matura. Le celle in silicio monocristallino ad alte prestazioni si basano su materiali in silicio monocristallino di alta qualità e relative tecniche di elaborazione termica.
Celle solari a film sottile di silicio amorfo
Il silicio utilizzato nelle celle solari a film sottile di silicio amorfo è a-Si. La sua struttura di base non è una giunzione pn ma una giunzione a perno. Il drogaggio del boro per formare la regione p, il drogaggio del fosforo per formare la regione n, i è uno strato intrinseco non impuro o leggermente drogato.
Le caratteristiche più importanti:
Basso costo dei materiali e dei processi produttivi.
Il processo di produzione è a bassa temperatura (100-300 ℃) e il consumo di energia è basso.
È facile formare capacità di produzione su larga scala e l'intero processo di produzione può essere automatizzato.
Ci sono molte varietà e ampi usi.
Ci sono problemi: il gap di banda ottica è 1.7eV → insensibile alla regione della lunghezza d'onda lunga → bassa efficienza di conversione
Effetto fotodegradazione: l'efficienza fotoelettrica diminuisce con il protrarsi del tempo di illuminazione
Soluzione: preparare celle solari tandem, ovvero depositare una o più sottocelle pin sulle celle solari a giunzione singola pin preparate.
Metodi di produzione: sputtering reattivo, PECVD, LPCVD.
Gas reattivo: SiH4 diluito con H2
Materiale del supporto: vetro, acciaio inossidabile, ecc.
Celle solari in silicio policristallino
Le celle solari a film sottile di silicio policristallino producono film sottili di silicio policristallino su materiali di substrato a basso costo e utilizzano uno strato di silicio cristallino relativamente sottile come strato attivo delle celle solari, che non solo mantiene le prestazioni elevate e la stabilità delle celle solari in silicio cristallino, ma anche la quantità di materiali utilizzati. Un calo sostanziale, che riduce notevolmente i costi della batteria. Il principio di funzionamento delle celle solari a film sottile in silicio policristallino è lo stesso delle altre celle solari, che si basa sull'interazione della luce solare e dei materiali semiconduttori per formare l'effetto fotovoltaico.
Metodi di preparazione comuni:
Deposizione chimica da vapore a bassa pressione (LPCVD)
Deposizione di vapore chimica potenziata al plasma (PECVD)
Epitassia in fase liquida (LPPE)
Metodo di deposizione sputter
Gas reattivo SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4 o SiH4
↓ (sotto una certa atmosfera protettiva)
Gli atomi di silicio si depositano su substrati riscaldati
(Il materiale del substrato è Si, SiO2, Si3N4, ecc.)
Problemi: è difficile formare grani più grandi su substrati non siliconici ed è facile formare vuoti tra i grani
Soluzione: utilizzare prima LPCVD per addensare un sottile strato di silicio amorfo sul substrato, quindi ricotturare questo strato di silicio amorfo per ottenere grani di cristallo più grandi, quindi depositare uno spesso strato sul cristallo seme. pellicola di polisilicio.
Poiché le celle a film sottile in silicio policristallino utilizzano meno silicio rispetto al silicio monocristallino, non vi è alcun problema di diminuzione dell'efficienza ed è possibile preparare materiali di substrato economici. Il costo è molto inferiore a quello delle celle di silicio a cristallo singolo e l'efficienza è superiore a quella delle celle a film sottile di silicio amorfo. Pertanto, le celle a film sottile in silicio policristallino domineranno presto il mercato dell'energia solare.
Celle solari multicomposte a film sottile
I materiali delle celle solari a film sottile multicomposto sono sali inorganici, che includono principalmente composti del gruppo di arseniuro di gallio III-V, solfuro di cadmio, tellururo di cadmio e batterie a film sottile di seleniuro di rame e indio.
L'efficienza delle celle a film sottile policristallino di solfuro di cadmio e tellururo di cadmio è superiore a quella delle celle solari a film sottile di silicio amorfo e il costo è inferiore a quello delle celle di silicio monocristallino ed è anche facile da produrre in serie, ma poiché il cadmio è altamente tossico, causerà gravi danni all'ambiente. L'inquinamento, quindi, non è il sostituto ideale per le celle solari in silicio cristallino.
L'efficienza di conversione delle celle composte di arseniuro di gallio III-V può raggiungere il 28%. Il materiale del composto di arseniuro di gallio ha un gap di banda ottica molto ideale e un'elevata efficienza di assorbimento. Ha una forte resistenza alle radiazioni ed è insensibile al calore. È adatto per la produzione di batterie a giunzione singola ad alta efficienza. Tuttavia, il prezzo elevato dei materiali all'arseniuro di gallio limita in larga misura la popolarità delle batterie all'arseniuro di gallio.
La batteria a film sottile al seleniuro di rame e indio (abbreviata in CIS) è adatta per la conversione fotoelettrica e non vi sono problemi di effetto di degradazione indotto dalla luce e l'efficienza di conversione è la stessa di quella del polisilicio. Con i vantaggi del prezzo basso, delle buone prestazioni e del processo semplice, diventerà una direzione importante per lo sviluppo delle celle solari in futuro. L'unico problema è l'origine del materiale. Poiché sia l'indio che il selenio sono elementi relativamente rari, lo sviluppo di tali batterie è destinato ad essere limitato.
Celle solari composte organiche
Le celle solari organiche utilizzano sostanze organiche con proprietà fotosensibili come materiali semiconduttori per generare tensione e formare corrente attraverso l'effetto fotovoltaico. Le celle solari organiche possono essere suddivise in struttura a giunzione singola, struttura a eterogiunzione pn e struttura nanocristallina sensibile al colorante in base al materiale semiconduttore.
Secondo i dati dell'indagine pertinente, il costo medio delle celle solari organiche è solo del 10%–20% di quello delle celle solari al silicio; tuttavia, l'efficienza di conversione fotoelettrica delle celle solari organiche attualmente sul mercato è solo del 10% al massimo, che è il problema principale che ne limita la promozione globale. . Pertanto, come migliorare il tasso di conversione fotoelettrico è il problema chiave che dovrebbe essere risolto in futuro.
Celle solari nanocristalline sensibilizzate
La cella solare TiO2 sensibile al colorante è in realtà una cella fotoelettrochimica. Nel 1991, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Michael Grätzel dell'Ecole Polytechnique de Lausanne (EPFL) in Svizzera ha utilizzato un economico semiconduttore di ossido a banda larga TiO2 per preparare film sottili nanocristallini su cui un gran numero di acido carbossilico-bipiridina Ru(II ) i complessi sono stati adsorbiti. Una cella solare nanocristallina sensibile al colorante viene sviluppata utilizzando un sale a bassa volatilità contenente coppie redox come elettrolita.
I vantaggi delle celle solari nanocristalline TiO2 risiedono nel loro basso costo, nel processo semplice e nelle prestazioni stabili. La sua efficienza fotoelettrica è stabile a oltre il 10%, il costo di produzione è solo da 1/5 a 1/10 di quello delle celle solari al silicio e la sua durata può raggiungere più di 20 anni. Tuttavia, la ricerca e lo sviluppo di tali batterie è appena iniziata e si stima che entreranno gradualmente nel mercato nel prossimo futuro.
Fondamentale:
La molecola del colorante assorbe l'energia della luce solare e passa allo stato eccitato, lo stato eccitato è instabile, gli elettroni vengono iniettati rapidamente nella banda di conduzione del TiO2 adiacente e gli elettroni persi nel colorante vengono rapidamente compensati dall'elettrolita e gli elettroni che entrano la banda di conduzione di TiO2 alla fine entra. La pellicola conduttiva genera quindi una fotocorrente attraverso l'anello esterno.
Celle solari ad elettrodo multistrato polimerico
La sostituzione di materiali inorganici con polimeri organici è una direzione di ricerca emergente per la fabbricazione di celle solari. A causa dei vantaggi di una buona flessibilità, facilità di fabbricazione, ampie fonti di materiale e basso costo dei materiali organici, è di grande importanza per l'utilizzo su larga scala dell'energia solare e la fornitura di elettricità a basso costo.
La ricerca sulla preparazione di celle solari con materiali organici è appena iniziata e né la durata né l'efficienza delle celle possono essere paragonate ai materiali inorganici, in particolare alle celle di silicio. Resta da studiare ed esplorare ulteriormente se possa essere sviluppato in un prodotto con un significato pratico.
Batteria di accumulo di energia solare Keheng
Con il progresso tecnologico e i vantaggi in termini di costi delle batterie al litio ferro fosfato che stanno diventando sempre più evidenti, le attuali batterie di accumulo di energia solare sono quasi batterie al litio ferro fosfato.
Le batterie al litio ferro fosfato presentano i seguenti vantaggi
Elevate prestazioni di sicurezza
Lunga vita:
La durata del ciclo delle batterie al piombo-acido a lunga durata è di circa 300 volte e il massimo è di 500 volte, mentre la durata del ciclo delle batterie al litio ferro fosfato può raggiungere più di 2,000 volte e la ricarica standard (velocità di 5 ore) l'uso può raggiungere 2,000 volte.
Buone prestazioni alle alte temperature
il picco di riscaldamento elettrico del fosfato di ferro e litio può raggiungere i 350 ℃-500 ℃, mentre il manganato di litio e il cobaltato di litio sono solo di circa 200 ℃. Ampio intervallo di temperatura di esercizio (-20°C–75°C), con resistenza alle alte temperature, il picco di riscaldamento elettrico del fosfato di ferro e litio può raggiungere 350℃-500℃, mentre il manganato di litio e il cobaltato di litio sono solo intorno ai 200℃.
Alta densità di energia
Leggero
Tutela dell'ambiente
La batteria di accumulo di energia solare Keheng è ampiamente utilizzata nell'accumulo di energia domestica e nell'alimentatore UPS per stazioni base di telecomunicazione, alimentatore esterno portatile.
BATTERIE A CICLO PROFONDO Con BMS (batteria al litio lifepo4)
Batteria LiFePO24 a ciclo profondo 60V 4AH a bassa temperatura
Batteria LiFePO48 a ciclo profondo 50V 4AH a bassa temperatura
Batteria LiFePO48 a ciclo profondo 100V 4AH a bassa temperatura
Batteria LiFePO48 a ciclo profondo 200V 4AH a bassa temperatura
Batteria LiFePO12 a ciclo profondo 200V 4ah a bassa temperatura
