> Nyheder > Virksomhedsnyheder

Hvad er fotovotaik?

2022-12-22

Fotovoltaik er den direkte omdannelse af lys til elektricitet på atomniveau. Nogle materialer udviser en egenskab kendt som den fotoelektriske effekt, der får dem til at absorbere fotoner af lys og frigive elektroner. Når disse frie elektroner fanges, opstår der en elektrisk strøm, der kan bruges som elektricitet.

Den fotoelektriske effekt blev først bemærket af en fransk fysiker, Edmund Bequerel, i 1839, som fandt ud af, at visse materialer ville producere små mængder elektrisk strøm, når de blev udsat for lys. I 1905 beskrev Albert Einstein lysets natur og den fotoelektriske effekt, som solcelleteknologien er baseret på, hvilket han senere vandt en Nobelpris i fysik for. Det første solcellemodul blev bygget af Bell Laboratories i 1954. Det blev faktureret som et solcellebatteri og var for det meste bare en kuriosum, da det var for dyrt at få udbredt brug. I 1960'erne begyndte rumindustrien at gøre den første seriøse brug af teknologien til at levere strøm ombord på rumfartøjer. Gennem rumprogrammerne avancerede teknologien, dens pålidelighed blev etableret, og omkostningerne begyndte at falde. Under energikrisen i 1970'erne fik fotovoltaisk teknologi anerkendelse som en strømkilde til ikke-rumapplikationer.

Diagrammet ovenfor illustrerer driften af en grundlæggende fotovoltaisk celle, også kaldet en solcelle. Solceller er lavet af de samme slags halvledermaterialer, såsom silicium, som bruges i mikroelektronikindustrien. Til solceller er en tynd halvlederwafer specielt behandlet til at danne et elektrisk felt, positivt på den ene side og negativt på den anden. Når lysenergi rammer solcellen, slås elektroner løs fra atomerne i halvledermaterialet. Hvis elektriske ledere er fastgjort til de positive og negative sider, der danner et elektrisk kredsløb, kan elektronerne fanges i form af en elektrisk strøm - det vil sige elektricitet. Denne elektricitet kan derefter bruges til at drive en belastning, såsom et lys eller et værktøj.

Et antal solceller, der er elektrisk forbundet med hinanden og monteret i en støttekonstruktion eller ramme kaldes et solcellemodul. Moduler er designet til at levere elektricitet ved en bestemt spænding, såsom et almindeligt 12 volt system. Den producerede strøm er direkte afhængig af, hvor meget lys der rammer modulet.

Dagens mest almindelige PV-enheder bruger et enkelt kryds eller interface til at skabe et elektrisk felt i en halvleder, såsom en PV-celle. I en single-junction PV-celle kan kun fotoner, hvis energi er lig med eller større end båndgabet af cellematerialet, frigøre en elektron til et elektrisk kredsløb. Med andre ord er den fotovoltaiske respons fra celler med enkelt overgang begrænset til den del af solens spektrum, hvis energi er over båndgabet af det absorberende materiale, og fotoner med lavere energi bruges ikke.

En måde at omgå denne begrænsning på er at bruge to (eller flere) forskellige celler med mere end et båndgab og mere end et kryds til at generere en spænding. Disse omtales som "multijunction"-celler (også kaldet "kaskade" eller "tandem"-celler). Multijunction-enheder kan opnå en højere total konverteringseffektivitet, fordi de kan konvertere mere af lysets energispektrum til elektricitet.

Som vist nedenfor er en multijunction-enhed en stak af individuelle single-junction-celler i faldende rækkefølge efter båndgab (f.eks.). Den øverste celle fanger højenergifotonerne og sender resten af fotonerne videre for at blive absorberet af celler med lavere båndgab.

Meget af nutidens forskning i multijunction-celler fokuserer på galliumarsenid som en (eller alle) komponentcellerne. Sådanne celler har nået en effektivitet på omkring 35 % under koncentreret sollys. Andre materialer undersøgt til multijunction-enheder har været amorft silicium og kobberindiumdiselenid.

Som et eksempel bruger multijunction-enheden nedenfor en topcelle af galliumindiumphosphid, "en tunnelforbindelse", for at hjælpe med strømmen af elektroner mellem cellerne, og en bundcelle af galliumarsenid.

Tidligere:Hvorfor skal du gå efter solcelleanlæg?

Næste:Hvad med forsendelsesgebyrerne?