Népszerű tudomány: Hogyan fotovoltaikus energiatermelés?
Jan 05, 2018
A fotovoltaikus energiatermelés olyan technológia, amely a félvezető interfész fotovoltaikus hatását hasznosítja, hogy a fényenergiát közvetlenül elektromos áramká alakítsa. A fotovoltaikus energiatermelés főleg három részből áll egy napelemből (modulból), egy vezérlőből és egy frekvenciaváltóból. A fő alkatrészek elektronikus alkatrészekből állnak. Tehát mi a konkrét folyamat? Itt részletesen elemezzük a fotovoltaikus energiatermelési folyamatot?
A félvezetőkről
A szilícium kristály kémiája nagyon stabil. Szobahőmérsékleten, kivéve a hidrogén-fluoridot, nehezen reagál más anyagokkal, és rossz vezető, mert nincs üres szabad elektronjai. A legkülső öt elektron foszforatomjai (P), a foszforatomok a szilikonkristályba, majd a szilíciumkristály nyilvánvalóan extra szabad elektronok.
A foszfor atomok négy elektront vesz fel, és a szomszédos négy szilícium atom osztozik, ott marad egy elektron, szabad. Számos szilícium-atomot a szilícium-kristályok helyett foszforatomok váltanak ki, így számos szabad elektron keletkezik, így villamos energiát vezet. Ezen a ponton félvezetőt készítettünk, a neve "N típusú félvezető".
Doppingolás után alumínium atomokkal világos, hogy hiányzik egy elektron. A háromértékű atomokkal, például az alumíniummal és a bórral szemben alkalmazott szilícium dopping egy másik félvezető típust eredményez, "P-típusú félvezető" néven. "Képzeljünk el egy olyan lyukat, amelyhez elektronokat kell kitölteni.
A P-típusú félvezető is vezetőképes, mert egy külső elektromos mező alkalmazása után a P-típusú félvezető elektronjai egymás után töltik be az ellentétes villamos mező irányában lévő lyukakat, és ezzel egyidejűleg a lyukak a elektromos mezőt, hogy áram generáljon.
A PN csomópontról
Ha a félvezető kristály egyik oldala egy N típusú félvezető, a másik pedig egy P típusú félvezető, akkor a középső érintkező felületet PN csomópontnak nevezik. N-típusú félvezetőkben a szabad elektronok koncentrációja magas, míg a P-típusú félvezetőkben a lyukak koncentrációja magas. A diffúzió elve szerint az anyagok mindig diffúzok a nagy koncentrációktól az alacsony koncentrációig.
Ezért a PN csomópontban nagy számú szabad elektron lesz az N-típusú félvezetőtől a P-típusú félvezető diffúzióig, az eredmény az, hogy az N típusú félvezető elektromosan semleges, nem töltődik, hanem a veszteség miatt az elektronok egy része, pozitív töltésű. A P-típusú félvezetőben, mert sok szabad elektron futott, hogy kitöltsen egy csomó lyukat, ami csökkentett lyuk koncentrációja, az eredeti P-típusú félvezető is elektromosan semleges, most több, mint egy csomó elektronikus, így hoz Negative villamos.
A PN csomópontban az egyik oldal pozitív töltésű, a másik pedig negatívan töltve, így belső érintkezési felületet képez.
Mi a fotovoltaikus energiatermelési folyamat?
Amikor a napfény egy tipikus félvezetőn ragyog, elektronok és lyukak keletkeznek. Ez azt jelenti, hogy amikor a napfény egy szabad elektronot generál egy félvezetőben, egy lyukat generálunk ugyanabban az időben, mert az elektron elhagyja a napelemet. Az a helyzet, hogy ha szabad elektrongá válik, akkor az adott pozíció szükségszerűen hiányzik egy elektronból és lyukak keletkeznek .
Mivel a PN csomópontban van egy belső elektromos mező, amikor a napfény elektronokat és lyukakat generál a PN csomópontban, az elektronok a belső elektromos mező hatására az N típusú félvezetőre lépnek. Hasonlóképpen a lyukak a P-típusú félvezetőhöz kapcsolódnak. Ezen a ponton, ha a vezetékezés mindkét végére kapcsolt PN csomópont létrehozható, áramot generálhat.
