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Panels Photovoltaische Solarenergie

Photolelektrische Zelle

Photolelektrische Zelle

In der Elektronik ist eine photoelektrische Zelle oder eine photovoltaische Zelle ein elektrisch / elektronisches Gerät, das die einfallende Energie der Sonnenstrahlung durch den photovoltaischen Effekt in Elektrizität umwandelt.

Die Verbindungen eines Materials mit fotoelektrischem Effekt absorbieren Lichtphotonen und emittieren Elektronen. Wenn diese freien Elektronen eingefangen werden, entsteht ein elektrischer Strom, der als Strom verwendet werden kann. Ein Photovoltaik-Panel besteht aus einer Gruppe von sich bildenden Photozellen. Diese Gruppe von Photovoltaikzellen bildet ein Netzwerk von Solarzellen, die in Reihe geschaltet sind, um die Ausgangsspannung zu erhöhen, während mehrere Netzwerke parallel geschaltet sind, um den elektrischen Strom zu erhöhen, den das Gerät liefern kann. Die Art des Stroms, den es liefert, ist Gleichstrom.

Die durchschnittliche Umwandlungseffizienz, die durch im Handel erhältliche Photovoltaikzellen erhalten wird, die aus einkristallinem Silizium hergestellt werden, ist niedriger als die von Mehrschichtzellen, üblicherweise Galliumarsenid. Derzeit gibt es auch neue Technologien bei der Herstellung von Solarmodulen, die kein Silizium verwenden.

Beschreibung der Photovoltaikzelle

Die gebräuchlichste photovoltaische Solarzelle ist eine kristalline Siliziumplatte mit einer ungefähren Dicke von 0,3 mm. Der Herstellungsprozess ist anspruchsvoll und filigran, um eine Homogenität des Materials zu erreichen.

Das elektrische Feld wird durch die unterschiedliche Polarisation zweier Bereiche der Photovoltaikzelle erzeugt. Im Allgemeinen hat der obere Teil einen negativen Charakter und der Rest einen positiven, um den pn-Übergang zu erzeugen.

So wird erreicht, dass einer seiner Bereiche:

  • Elektronendefekt, po-positive Zone oder Anode oder Empfänger genannt. Im Allgemeinen wird dies erreicht, indem dem reinen Silizium ein kleiner Teil Bor zugesetzt wird, der nur 3 Valenzelektronen enthält.
  • Überschuss an Elektronen, nicht negativer Ladung oder Kathode oder Emitter. Im Allgemeinen entsteht durch die Diffusion von Phosphor, dass 5 Elektronen in der letzten Umlaufbahn hat.

Aufgrund dieses Unterschieds in der elektrischen Ladung im Material wird das elektrische Feld erzeugt, das dafür verantwortlich ist, dass die Elektronen durch die Oberfläche der N-Schicht aus der Zelle gedrückt werden, was den Aufbau eines elektrischen Stroms impliziert.

Die Solarzelle ist mit elektrischen Kontakten ausgestattet, um die Energie zu kanalisieren, die sie erzeugt, wenn sie beleuchtet wird. Diese Kontakte sind verzweigt (auf der Sonnenseite) angelegt. Es gibt zwei der wichtigsten und zusätzlich die Verzweigungen, die sie vereinen, um die Elektronen auf der gesamten Oberfläche der Zelle besser zu sammeln. Ziel ist es, einen guten elektrischen Kontakt, einen geringen spezifischen Widerstand und einen minimalen Schatten zu erzielen, damit die Photonen das aktive Material der Zelle erreichen.

Auf der Rückseite bilden die Kontakte normalerweise einen dichten Schuss oder sogar eine durchgehende Folie, die die Verringerung des Innenwiderstandswerts ermöglicht.

Wirkungsgrad von Photovoltaikzellen

Die durchschnittliche Umwandlungseffizienz, die durch im Handel erhältliche Zellen erhalten wird, die aus einkristallinem Silizium hergestellt werden, ist geringer als die Effizienz von Mehrschichtzellen, üblicherweise Gali-Arsenid.

Photovoltaik-Panel

Photovoltaikzellen sind die Grundkomponenten von Photovoltaikmodulen, bei denen es sich um Solarmodule handelt, die aus Sonnenstrahlung elektrische Energie erzeugen können. Es ist daher das wesentliche Grundelement für diese Art von erneuerbarer Energie.

Ein Photovoltaik-Solarmodul besteht aus einem Netzwerk von Solarzellen, die in Reihe geschaltet sind, um die Ausgangsspannung zu erhöhen. Gleichzeitig werden mehrere Netze parallel geschaltet, um den vom Gerät bereitgestellten Strom zu erhöhen.

Die Art des elektrischen Stroms, den eine Photovoltaikanlage liefert, ist Gleichstrom.

Funktionsprinzip der Photovoltaikzelle

Wenn eine Photovoltaik-Solarzelle an eine Last oder einen Verbrauch angeschlossen und gleichzeitig von der Sonne beleuchtet wird, erzeugt sie eine Potentialdifferenz zwischen ihren Kontakten, die die Zirkulation von Elektronen durch die Ladung verursacht.

Unter diesen Bedingungen fungiert die Zelle als Stromgenerator. Als nächstes werden wir die verschiedenen Prozesse, die dies ermöglichen, etwas detaillierter beschreiben:

  • Die Photonen, die in die Zelle gelangen und eine kinetische Energie haben, die größer oder gleich der Energie von Valencia ist, treffen auf das Material und erzeugen Trägerpaare (Elektroloch).
  • Das elektrische Feld oder die Potentialdifferenz, die vom pn-Übergang erzeugt wird, trennt die Ladungsträger, bevor es zu Rekombinationen kommen kann.

Wir können sagen, dass der von einer beleuchteten und mit einer Last verbundenen Photovoltaik-Solarzelle erzeugte Strom der Rest zwischen ihrer Bruttoproduktionskapazität und den Verlusten durch Rekombination zwischen Elektronen und Photonen ist.

Photoelektrische Zellenanwendungen

Photovoltaikzellen werden manchmal alleine verwendet (Gartenbeleuchtung, Taschenrechner, ...) oder in Photovoltaik-Solarmodulen zusammengefasst. Auf diese Weise wird Strom aus dieser erneuerbaren Energiequelle erzeugt.

Photoelektrische Zellen werden auch zum Ersetzen von Batterien verwendet (Energie ist für den Benutzer bei weitem am teuersten). Zellen sind in Taschenrechner, Uhren und Geräte eingedrungen, die mit Solarenergie betrieben werden können.

Es ist möglich, den Verwendungsbereich durch Speichern mit Hilfe eines Kondensators oder einer elektrischen Batterie zu erweitern. Bei Verwendung mit einem Gerät zum Speichern von Energie muss eine Diode in Reihe geschaltet werden, um eine Systementladung während der Nacht zu verhindern.

Sie werden zur Stromerzeugung für viele Anwendungen (Satelliten, Parkuhren, ...) und für Haushaltsstrom oder in einem öffentlichen Netz im Fall eines Photovoltaik-Solarkraftwerks verwendet.

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Geändert am: 5. November 2019