Saulės elementai

Home / Astronomija / Saulės elementai

SAULĖS ELEMNTAI

Žodis fotogalvaninis kilęs iš Graikų žodžio Šviesa ir fiziko A. Volto kombinacijos. Jis reiškia tiesioginį saules virtimą energija tai ir atlieka saules elementai. Virtimo procesas pagristas foto efektu kurį pirma karta atrado Alexander Bequerel 1839m. Fotoefektas apibudinamas teigiamų ir neigiamų krūvių nešėjų išlaisvinimu apšvietus paviršių.

KAIP VEIKIA SAULĖS ELEMENTAS

Saulės elementai gaminami iš puslaidininkių. Tai medžiagos kurios tampa elektriškai laidžios apšvietus ar apšildžius, bet žemoje temperatūroje puslaidininkiai tampa dielektrikais. Virš 95% visų pasaulyje gaminamų saulės elementų, gamybai yra naudojamas Silicis (Si). KKaip antrasis labiausiai paplitęs žemėje elementas silicis turi pakankamai daug pranašumų, be to jį apdorojant neteršiama aplinka. Saules elementuose panaudojama p ir n sluoksnių sandūra .

Šioje sandūroje dėl šviesos išlaisvintų skirtingų krūvių nešėjų susidaro vidinis elektrinis laukas. Fotonų išlaisvinti laisvieji krūvių nešėjai pradeda judėti link skirtingų tipų laukų. Elektrinis laukas elektronus traukia prie P o skyles prie N tipo puslaidininkio. Elektronų tekėjimas sukelia srovę o celės elektriniai laukai sukelia įtampą. Per metalinius kontaktus elektriniai krūviai paduodami i elemento išore, prijungus iišorini sroves imtuvą grandine tekės tiesioginė srovė. Silikono celės yra apytiksliai 10 x 10 cm. Arba 15 x 15 cm. Dydžio. Permatoma anti-atspindžio juostelė apsaugo elementą nuo šviesos praradimo saulės šviesai atsimušus i paviršių. Taip jau atsitiko kad silicis yra llabai spindinti medžiaga, kuri gerai atspindi šviesą. Fotonai kurie atsispindi nepanaudojami. Dėl šios priežasties ir yra naudojamas anti-atspindžio sluoksnis. Stiklo sluoksnis dedamas ant viršaus, tam kad apsaugotų celes nuo išorinio poveikio.

A – Stiklo sluoksnis

B – anti-atspindžio sluoksnis

C – kontaktinės grotelės

D – n tipo puslaidininkis

E – p tipo puslaidininkis

F – galinis kontaktas

CHARAKTERISTIKOS

Naudotinas įtampos dydis gaunamas iš sulės elemento priklauso nuo to iš kokios medžiagos yra pagamintas puslaidininkis. Silicyje šis įtampos dydis apytiksliai yra 0,5V. Išėjimo įtampa tik menkai priklauso nuo šviesos stiprumo, o srovė žymiai išauga padidėjus šviesos intensyvumui. Pavyzdyje pavaizduota 100cm2 silicio elementas pasiekia maksimalią 2A srovę, kai

spinduliavimas siekia 1000W/m2

Saulės elemento išėjimas ( įtampa ir srovė ) priklauso nuo temperatūros. KKuo aukštesne elemento temperatūra – tuo mažesnė išėjimo galia, taigi ir mažesnis efektyvumas. Efektyvumo lygmuo parodo kiek spinduliuojamos šviesos yra paverčiama į efektyvia elektros energiją.

SKIRTINGI ELEMENTŲ TIPAI

Galima išskirti trijų tipų saulės elementų celių tipus. Jos yra skirstomos pagal kristalo tipą: monokristaliniai, polikristaliniai ir amorfiniai. Gaminant monokristalines saulės elementų celes, reikalingas visiškai grynas Silicis. Monokristaliniai ruošiniai išgaunami iš silicio lydinio ir patalpinami i plokšteles. Toks gamybos procesas garantuoja aukšta saulės elementų efektyvumo lygį, bet yra pats brangiausias.

Gaminant polikristalines celes gamybos procesas kkainuoja pigiau. Šiame procese skystas silicis yra supilstomas i blokus kurie vėliau talpinami į plokšteles. Kietėjant silicio kristalams kinta jų forma ir kai kuriuose blokuose kristalas gali išeiti iš rėmelių ribų, šio defekto pasekmė mažesnis efektyvumo lygis.

Amorfiniais arba plonų-celių elementais vadinama, kai siliciu yra padengiamas stiklas ar kitas skaidrus paviršius. Tokio elemento silicio sluoksnis yra mažiau nei 1µm taigi toks gamybos procesas yra pats pigiausias, ir amorfinių elementų efektyvumo lygis yra daug mažesnis už monokristalinius ar polikristalinius elementus. Štai dėl ko jie yra naudojami mažos galios įrenginiuose (laikrodžiuose, kišeniniuose kalkuliatoriuose,.

Medžiaga Efektyvumo lygis %

Monokristalinis silicis ~ 24

Polikristalinis

silicis ~ 18

Amorfinis

silicis ~ 13

NUO CELĖS IKI MODULIO

Norint gauti atitinkamą įtampą kurią butų galima pritaikyti įvairiuose įrenginiuose, atskiros celės yra jungiamos i vieną didelę grupę. Celės jungiant nuosekliai gaunama didesnė įtampa, o jungiant celes lygiagrečiai gaunama didesnė srovė. Sujungtos celes yra patalpinamos į skaidrų Etil-Vanilo-Acetata (Ethyl-Vinyl-Acetate) toks modulis yra įstatomas į aliumininį ar plieninį rėmą kuris iš priekio uždengiamas skaidriu stiklu tam kad apsaugoti modulį nuo išorinių veiksnių.

Tipinė saulės modulio galia yra tarp 10W ir 100W max. Charakteristikos matuojamos standartiniu testu kurio sąlygos yra 1000W/m2 spinduliavimas į modulio paviršių, kai temperatūra yra 25° C. Aukštos kokybės saulės elementams gamintojai duoda 10 ar net daugiau metų garantiją.

NATŪRALUS RIBINIS EEFEKTYVUMAS

Optimizuojant gamybos procesą, daug darbo buvo padaryta keliant saulės elementų efektyvumo lygį, norint padaryti mažiau kainuojančias celes. Kaip bebūtų keletas veiksnių nustato ribas elementų efektyvumui. Pagrinde, skirtingi puslaidininkiai ar jų mišiniai yra naudojami ir efektyvūs tik tam tikruose spektro srityse. Dėlto dalis tam tikros spinduliuojamos energijos porcijos yra nepanaudojamos, nes šviesos kvantai (fotonai) neturi pakankamai energijos išlaisvinti laisvuosius krūvių nešėjus. Dalis likusių naudingų fotonų energijos yra paverčiama į šilumą ir i elektros energiją. Be to saulės elementus dar veikia optiniai nuostoliai, tokie kaip šešėliai tarp stiklo ir celių paviršiaus krintančių spindulių atspindėjimas. Kiti neigiami veiksniai yra elektrinė varža susidaranti tarp puslaidininkio ir kontaktinio kabelio.

Pašalinių veiksnių (fotonai su maža energija nėra sugeriami, perteklinė fotonų energija yra paverčiama į šilumą) poveikio negalima visiškai panaikintii, todėl kad toms pačioms medžiagoms , iš kurių pagaminta celė, būdingos fizinės ribos. Tai veda į teoriškai maksimalų galimą efektyvumo lygį, jis apytiksliai lygus 28% silicio kristalo.

Maksimalus, skirtingų saulės elementų efektyvumo lygis, normaliomis sąlygomis.

NAUJIENOS

Mokslininkai išrado naujas užpurškiamas plastikines saulės celes, kurios gali tiekti elektros energiją netgi apsiniaukusią dieną. Toks prasiveržimas ateityje gali pakeisti dabartinius puslaidininkinius saulės elementus ir tapti penkis kartus už juos efektyvesniais. Šis mišinys gali būti užpurškiamas ant medžiagų ir naudojamas kaip portatyvus energijos šaltinis. MMegztinis padengtas tokia medžiaga galėtų lengvai aprūpinti energija mobilųjį telefoną. Automobilis padengtas plėvele šio mišinio galėtu paversti tiek elektros energijos, kad galėtų nuolat pakrauti akumuliatorių.

Mokslininkai tikisi jog vieną diena „saulės fermos“ susidedančios iš plastikinių medžiagų, nuklotų dykumose turės pakankamai švarios energijos kad patenkintų viso pasaulio poreikius.

Plastikinės saulės celės nėra naujos. Dabartinės medžiagos panaudoja tik matomą saulės šviesą. Kai tuo tarpu puse saulės energijos gludi matomoje ir kita puse infraraudonūjų spindulių spektre. Ši naujoji medžiaga tai pirmasis plastiko mišinys sudarytas taip kad galėtų panaudoti infraraudonuosius spindulius paverčiant juos į elektros energiją. Visa tai kas šilta, atiduoda šilumą. Netgi žmonės ar gyvūnai atiduoda šilumą ir skleidžia IR spindulius. Taigi naujieji saulės elementai gali tiekti energiją netgi tada kai lauke visiškai tamsu.

Mokslininkai sujungė specialiai sukurtas nano daleles vadinamas kvantiniais taškais su polimerais, taip buvo išrastas plastikas kuris gali aptikti energiją IR spindulių juostoje.

Ateityje plastiko celės turėtu būti 30% efektyvesnės lyginant su pačiomis geriausiomis dabartinėmis plastikinėmis celėmis kurios yra 6% efektyvesnės.

Naujosios medžiagos gali padaryti technologijas visiškai belaidžias. Mes pripratę jog telefono nebereikia jungti prie laido norint šnekėti, bet esam pripratę jog mes turim jį nuolat pakrauti. Tai yra telekomunikacijų, bet ne energijos mobilumas. Plastiko sluoksnis gali būti įaustas

i marškinius ar megztinius, taip tiekdamas pakankamai energijos jog galėtų pakrauti tokius įtaisus kaip telefonas. Toks megztinis apsorbuotų ir regimų ir IR spindulių spektrą paversdamas ji elektros energija.

Dar viena panaudojimo savybe – tai energiją taupantys plastikiniai lapai kurie gali būti išvyniojami ant stogo ir galėtų patenkinti šildymo poreikius ar namų apyvokos įtaisus.

Pagaliau mokslininkai gali tikėtis jog didelės saulės elementų elektrinės galės aprūpinti elektros energiją mūsų poreikius.

Naudoti informacijos šaltiniai:

http://www.solarserver.de/wissen/photovoltaik-e.html

http://news.nationalgeographic.com/news/2005/01/0114_050114_solarplastic.html

http://science.howstuffworks.com/solar-cell5.htm

Related Posts