Mi a napenergia-termelés elve?
Feb 10, 2023
Ahogy a napelemek típusai folyamatosan növekszenek, az alkalmazási kör egyre szélesebb, a piac pedig fokozatosan bővül. A kezdeti időkben a használatanapenergia-termelésfőként katonai és repülési területeken használták. Jelenleg a napenergia belépett az ipari, kereskedelmi, mezőgazdasági, hírközlési, háztartási gépek és közművek szektorába. A napenergia-alkalmazások több területre oszthatók: otthoni használatra szánt kis napelemes erőművek, nagy, hálózatra kapcsolt erőművek, épületbe integrált fotovoltaikus üvegfüggönyfalak, napelemes utcai lámpák, szél- és napelemes kiegészítő utcai lámpák, szél- és napelemes kiegészítő energiaellátó rendszerek , például: napelemes kerti lámpák; napenergia-felhasználó rendszerek; különösen a falusi energiaellátás független rendszerei, amelyek távoli területeken, hegyekben, sivatagokban, szigeteken és vidéki területeken használhatók a költséges távvezetékek megtakarítása érdekében; és fotovoltaikus vízszivattyúk (ivóvíz vagy öntözés); kommunikációs tápegység; olajvezeték katódos védelme; száloptikai kommunikációs állomás tápegysége; tengervíz sótalanító rendszer; útjelző táblák a városokban; autópálya útjelző táblák stb.
A napenergia-termelést a napenergia és a félvezető anyagok elektronikus tulajdonságainak felhasználásával érik el elektromos áram előállítására.
1. A napelemes energiatermelés (fotovoltaikus energiatermelés) elve: a félvezető pn átmenetre besugárzó napfény, új lyuk-elektron párok kialakulása, a pn átmenetben az elektromos térben, lyukak az n tartományból a p tartományba, elektronok a p tartományt az n tartományba, az áramkör az áramképzéshez kapcsolódik. Ez a fotoelektromos hatású napelem működési elve. (Ahogy az ábrán is látható:)
2. Napenergia kétféleképpen: az egyik a fény-hő-villamosság konverziós módszer, a másik a fény-villamosság közvetlen átalakítási módszere.
A. Fény-termikus-villamos átalakítási módszer: A napsugárzás által termelt hőenergia felhasználásával villamos energia előállítására, általában napkollektorok segítségével az elnyelt hőenergiát a munkatömeg gőzévé alakítják, majd a turbinát elektromos áram előállítására használják. Az előbbi folyamat a fényből hővé alakítás; ez utóbbi folyamat a hőből villamos energiává átalakítási eljárás, amely megegyezik a hagyományos hőenergia-termeléssel.
B. Közvetlen fény - villamosenergia-átalakítási módszer (fotovoltaikus energiatermelés): fotoelektromos hatás alkalmazása, a napsugárzás energiája közvetlenül elektromos árammá. A fény-villamos átalakítás alapvető eszköze a napelem.
A napelemek a napenergia közvetlen átalakítása elektromos energiává a fotovoltaikus hatás miatt, egy félvezető fotodióda. Amikor a napfény rávilágít a fotodiódára, a fotodióda a nap fényenergiáját elektromos energiává alakítja (lásd az ábrát). Ez könnyen megvalósítható és olcsóbb, és széles körben elterjedt.
A fotovoltaikus hatást kiváltó anyagok: monokristályos szilícium, polikristályos szilícium, amorf szilícium, gallium-arzenid, réz-indium-szelenid stb. A P-típusú kristályos szilíciumot foszforral adalékolják, hogy N-típusú szilíciumot kapjanak, és így PN átmenetet képeznek. A kristályos szilícium az alapvető cellaanyag, és a kristályos szilícium anyagokból készült napelemek főként a következők: monokristályos szilícium napelemek, öntött polikristályos szilícium napelemek, amorf szilícium napelemek és vékonyrétegű kristályos szilícium cellák. A monokristályos szilícium cellák magas cellaátalakítási hatékonysággal és jó stabilitással rendelkeznek, de a költségek magasak; az amorf szilícium napelemek magas termelési hatékonysággal és alacsony költséggel rendelkeznek, de az átalakítási hatékonyság alacsony, és a hatékonyság viszonylag gyorsan csökken; az öntött polikristályos szilícium napelemek stabil konverziós hatékonysággal és a legmagasabb teljesítmény-ár aránnyal rendelkeznek; A vékonyrétegű kristályos szilícium napelemek kutatási és fejlesztési szakaszban vannak. A szilícium sorozatú napelemek, a monokristályos szilícium és a polikristályos szilícium cellák továbbra is uralják a napelemek piacát, a monokristályos szilícium és a polikristályos szilícium aránya meghaladta a 80 százalékot.
A napelem gyártási folyamat nagyjából öt lépésre osztható: tisztítási folyamat, rúdhúzási folyamat, szeletelési folyamat, cellagyártási folyamat és csomagolási folyamat.
A napenergia-termelés folyamata.
Most vegyük a kristályt példaként a fénygenerálás folyamatának leírására. Amikor fény világít a napelem felületére, a fotonok egy részét elnyeli a szilícium anyag; a fotonok energiája átkerül a szilícium atomokra, ami elektronátmeneteket idéz elő, és a szabad elektronok a PN átmenet mindkét oldalán potenciálkülönbséget képeznek, és amikor az áramkört kívülről csatlakoztatják, áram fog átfolyni a külső áramkör bizonyos kimeneti teljesítmény előállítására a feszültség hatására. Ha sok cellát sorba vagy párhuzamosan kapcsolunk, akkor nagy kimenő teljesítménnyel rendelkező napelem tömb alakítható ki.
