> Nyheter > Företagsnyheter

Vad är fotovotaik?

2022-12-22

Solceller är den direkta omvandlingen av ljus till elektricitet på atomnivå. Vissa material uppvisar en egenskap som kallas den fotoelektriska effekten som får dem att absorbera fotoner av ljus och frigöra elektroner. När dessa fria elektroner fångas upp, uppstår en elektrisk ström som kan användas som elektricitet.

Den fotoelektriska effekten noterades först av en fransk fysiker, Edmund Bequerel, 1839, som fann att vissa material skulle producera små mängder elektrisk ström när de exponerades för ljus. 1905 beskrev Albert Einstein ljusets natur och den fotoelektriska effekt som solcellstekniken bygger på, vilket han senare vann ett Nobelpris i fysik för. Den första solcellsmodulen byggdes av Bell Laboratories 1954. Den fakturerades som ett solbatteri och var mest bara en kuriosa eftersom den var för dyr för att få stor användning. På 1960-talet började rymdindustrin göra den första seriösa användningen av tekniken för att ge kraft ombord på rymdfarkoster. Genom rymdprogrammen avancerade tekniken, dess tillförlitlighet etablerades och kostnaden började sjunka. Under energikrisen på 1970-talet fick solcellsteknik erkännande som en kraftkälla för tillämpningar utanför rymden.

Diagrammet ovan illustrerar driften av en grundläggande solcellscell, även kallad solcell. Solceller är gjorda av samma slags halvledarmaterial, som kisel, som används inom mikroelektronikindustrin. För solceller är en tunn halvledarskiva specialbehandlad för att bilda ett elektriskt fält, positivt på ena sidan och negativt på den andra. När ljusenergi träffar solcellen slås elektroner loss från atomerna i halvledarmaterialet. Om elektriska ledare är fästa på de positiva och negativa sidorna, bildar en elektrisk krets, kan elektronerna fångas i form av en elektrisk ström - det vill säga elektricitet. Denna elektricitet kan sedan användas för att driva en last, såsom en lampa eller ett verktyg.

Ett antal solceller som är elektriskt anslutna till varandra och monterade i en stödkonstruktion eller ram kallas för en solcellsmodul. Moduler är designade för att leverera el vid en viss spänning, till exempel ett vanligt 12 voltssystem. Strömmen som produceras är direkt beroende av hur mycket ljus som träffar modulen.

Dagens vanligaste PV-enheter använder en enda korsning, eller gränssnitt, för att skapa ett elektriskt fält i en halvledare som en PV-cell. I en enkelövergångs PV-cell kan endast fotoner vars energi är lika med eller större än cellmaterialets bandgap frigöra en elektron för en elektrisk krets. Med andra ord är det fotovoltaiska svaret från enkorsade celler begränsad till den del av solens spektrum vars energi ligger över bandgapet för det absorberande materialet, och fotoner med lägre energi används inte.

Ett sätt att komma runt denna begränsning är att använda två (eller flera) olika celler, med mer än ett bandgap och mer än en korsning, för att generera en spänning. Dessa kallas "multijunction"-celler (även kallade "kaskad" eller "tandem"-celler). Multijunction-enheter kan uppnå en högre total omvandlingseffektivitet eftersom de kan omvandla mer av ljusets energispektrum till elektricitet.

Som visas nedan är en multiövergångsanordning en stapel av individuella engångsceller i fallande ordning efter bandgap (t.ex.). Den översta cellen fångar högenergifotonerna och skickar resten av fotonerna vidare för att absorberas av celler med lägre bandgap.

Mycket av dagens forskning inom multijunction-celler fokuserar på galliumarsenid som en (eller alla) av komponentcellerna. Sådana celler har nått en effektivitet på cirka 35 % under koncentrerat solljus. Andra material som studerats för multijunction-anordningar har varit amorft kisel och kopparindiumdiselenid.

Som ett exempel använder multiövergångsanordningen nedan en toppcell av galliumindiumfosfid, "en tunnelövergång", för att underlätta flödet av elektroner mellan cellerna, och en bottencell av galliumarsenid.

Tidigare:Varför ska du välja solceller?

Nästa:Hur är det med fraktavgifterna?