Panels Photovoltaische Solarenergie

Photolelektrische Zelle

Photolelektrische Zelle

In der Elektronik ist eine photoelektrische Zelle oder eine photovoltaische Zelle ein elektrisches / elektronisches Gerät, das die einfallende Energie der Sonnenstrahlung durch den photovoltaischen Effekt in Elektrizität umwandelt. Photovoltaikzellen sind die Grundkomponenten von Photovoltaikmodulen, bei denen es sich um Solarzellen handelt, die durch Sonneneinstrahlung elektrische Energie erzeugen können. Es ist daher das wesentliche Grundelement für diese Art von erneuerbarer Energie.

Verbindungen aus einem Material, das einen photoelektrischen Effekt hat, absorbieren Lichtphotonen und emittieren Elektronen. Wenn diese freien Elektronen eingefangen werden, entsteht ein elektrischer Strom, der als Elektrizität genutzt werden kann. Ein Photovoltaikpanel besteht aus einer Gruppe von photoelektrischen Zellen. Diese Gruppe von photovoltaischen Zellen bildet ein Netzwerk von Solarzellen, die in einer Reihenschaltung verbunden sind, um die Ausgangsspannung zu erhöhen, während mehrere Netzwerke in einer parallelen Schaltung verbunden sind, um den elektrischen Strom zu erhöhen, der in der Lage ist, die Vorrichtung bereitzustellen. Die Art des elektrischen Stroms ist Gleichstrom.

Die durchschnittliche Umwandlungseffizienz, die durch im Handel erhältliche photovoltaische Zellen erhalten wird, die aus monokristallinem Silizium hergestellt sind, ist niedriger als diejenige von mehrschichtigen Zellen, gewöhnlich Galliumarsenid. Derzeit gibt es auch neue Technologien bei der Herstellung von Solarzellen, die kein Silizium verwenden, zum Beispiel mit Cadmium-Tellurid-Halbleitern, Galliumarsenid und Indium-Kupfer-Diseleniur.

Beschreibung der photovoltaischen Zelle

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

Das elektrische Feld wird aus der unterschiedlichen Polarisation von zwei Zonen der photovoltaischen Zelle erzeugt. Im Allgemeinen hat der obere Teil einen negativen Charakter und die positive Seite die p-n-Verbindung.

Es ist also erreicht, dass eine seiner Zonen hat:

  • Elektron defekt, genannt p oder positive Zone, oder Anode oder Empfänger. Im Allgemeinen wird dies erreicht, indem zu dem reinen Silizium ein kleiner Teil von Bor hinzugefügt wird, der nur 3 Valenzelektronen aufweist.
  • Überschuß an Elektronen, genannt n oder negativ, oder Kathode oder Emitter. Allgemein gebildet durch die Diffusion von Phosphor, der in der letzten Umlaufbahn 5 Elektronen hat.

Aufgrund dieses Unterschieds in der elektrischen Ladung in dem Material wird das elektrische Feld, das für das Herausdrücken der Elektronen aus der Zelle verantwortlich ist, durch die Oberfläche der N-Schicht erzeugt, was die Erzeugung 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). Es gibt zwei hauptsächliche und zusätzlich gibt es die Zweige, die sie verbinden, um die Elektronen in der ganzen Oberfläche der Zelle besser zu sammeln. Ziel ist es, einen guten elektrischen Kontakt, einen geringen spezifischen Widerstand und eine minimale Abschirmung zu erreichen, so dass die Photonen das aktive Material der Zelle erreichen.

In der Rückseite, in der Regel Kontakte bilden eine dichte Bahn oder sogar eine kontinuierliche Folie, die den reduzierten Wert des Innenwiderstandes ermöglicht.

Funktionsprinzip der photovoltaischen Zelle

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

Unter diesen Bedingungen funktioniert die Zelle als Stromgenerator. Als nächstes werden wir die verschiedenen Prozesse, die es möglich machen, etwas detaillierter beschreiben:

  • Photonen, die das Innere der Zelle erreichen und eine kinetische Energie haben, die gleich oder höher als die Valenzenergie ist, treffen auf das Material und erzeugen Trägerpaare (Elektroloch).
  • Das elektrische Feld oder Potential durch die Verbindung p-n erzeugten Differenz Separieren der Träger, bevor sie Rekombinationen geben können.

Wir können sagen, dass der Strom, der von einer photovoltaischen Solarzelle erzeugt wird, die beleuchtet und mit einer Ladung verbunden ist, der Rest zwischen seiner Bruttoproduktionskapazität und den Verlusten durch Rekombination zwischen Elektronen und Photonen ist.

Anwendungen der Photozelle

Fotovoltaikzellen werden manchmal alleine benutzt (Gartenbeleuchtung, Taschenrechner, ...) oder in photovoltaischen Solarzellen gruppiert.

Sie werden verwendet, um die Batterien zu ersetzen (die Energie ist für den Benutzer bei weitem die teuerste), die Zellen sind in die Rechner, Uhren, Geräte usw. eingedrungen.

Es ist möglich, den Nutzungsbereich zu vergrößern, indem Sie ihn mit einem Kondensator oder einer elektrischen Batterie lagern. Bei Verwendung mit einem Gerät zur Speicherung von Energie muss eine Diode in Reihe geschaltet werden, um eine Entladung des Systems während der Nacht zu verhindern.

Sie werden verwendet, um Elektrizität für viele Anwendungen (Satelliten, Parkuhren, ...) zu erzeugen, und um im Falle eines photovoltaischen Solarkraftwerks Häuser oder ein öffentliches Netz zu versorgen.

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Geändert am: 25. Mai 2018