Wat zijn soorten zonnecellen? Werken, Toepassing (PDF)

In dit artikel leer je over zonnecellen en hun werkprincipe , verschillende types zonnecellen , Hun constructie en toepassing van zonnecellen. download . ook de gratis PDF bestand van dit artikel.

Zonnecel en typen

Wat is zonnecel?

Bij fotovoltaïsche (PV) conversie valt zonnestraling op halfgeleiders die zonnecellen worden genoemd die het zonlicht direct omzetten in elektriciteit.

Een schematisch diagram van een fotovoltaïsche cel (PV-cel) of zonnecel wordt gegeven in de figuur.

Het is gebaseerd op het effect dat licht heeft op de kruising tussen twee typen halfgeleiders, p-type en n-type genoemd. N-type heeft een teveel aan elektronen en p-type heeft een tekort aan elektronen.

Wanneer een fel licht op een cel schijnt, zorgt de energie van het licht, d.w.z. foton, ervoor dat de elektronen loskomen van de verbinding ertussen.

Dit wordt het foto-elektrische genoemd. Voor monokristallijn silicium (4 valentie-elektronen) wordt 'p' verkregen door silicium te doteren met boor (3 valentie-elektronen) en is typisch 1 um dik; 'n' wordt verkregen door doping met arseen of fosfor (5 valentie-elektronen) en is typisch 800 um dik.

Lees ook:Wat is zonnepaneel? Hun typen, werking, voordelen en meer

Soorten zonnecellen

Hieronder volgen de verschillende types zonnecellen gebruikt in de zonnepanelen:

1. Amorf silicium zonnecellen (a-Si).
2. Biohybride zonnecel.
3. Begraven contactzonnecel.
4. Cadmiumtelluride-zonnecel (Cd Te).
5. Geconcentreerde PV-cel (CVP en HCVP).
6. Koper Indium Gallium selenide zonnecellen (CI(G)S).
7. Zonnecel van kristallijn silicium (C-Si).
8. Kleurstofgevoelige zonnecel.
9. Hybride zonnecel.
10. Meervoudige zonnecel.
11. Monokristallijne zonnecel.
12. Nanokristallen zonnecel.
13. Foto-elektrochemische cel.
14. Vaste-stof zonnecel.
15. Thin-Film zonnecel.
16. Op wafels gebaseerde zonnecellen.

#1 zonnecellen van amorf silicium (a-Si)

Dit zijn aangepaste versies van dunne-film zonnecellen. Dit type zonnecel gebruikt drie lagen amorf silicium, zodat elk een andere bandgap-energie heeft. Door de verschillende bandgaps kan elke laag reageren op een ander deel van het energiespectrum van de zon om zo de conversie-efficiëntie te verhogen.

Amorfe cellen bieden een hogere efficiëntie dan andere typen en zijn gemakkelijk verkrijgbaar. Maar ze hebben twee keer zoveel oppervlakte nodig om hetzelfde vermogen te produceren als een monokristallijne zonnecel.

#2 biohybride zonnecel

Biohybride zonnecellen zijn samengesteld uit organisch materiaal (dat koolstof bevat), dat wil zeggen fotosysteem en anorganisch materiaal (geen koolstof). Verschillende lagen van het fotosysteem verzamelen fotonische energie, zetten deze om in chemische energie en creëren een stroom die door de cel gaat.

Het grote voordeel van een biohybride zonnecel is dat deze zonne-energie met 100% efficiëntie omzet in elektriciteit. Dit betekent dat er weinig of geen stroom verloren gaat door de overgang van chemische naar elektrische stroom.

#3 Begraven contactzonnecel

De begraven contactzonnecel is een hoogrenderende zonneceltechnologie. Deze typen worden bediend op basis van een geplateerd metalen contact in een lasergevormde groef.

Ze kunnen een betere prestatie leveren van ongeveer 25% in vergelijking met de commerciële gezeefdrukte zonnecellen. De efficiëntiewinsten in begraven contacttechnologie bieden aanzienlijke kosten- en prestatievoordelen.

#4 Cadmium Telluride Zonnecel (Cd Te)

Dit type zonnecel gebruikt cadmiumtelluride in een dunne halfgeleiderlaag die is ontworpen om zonlicht te absorberen en om te zetten in elektriciteit. Deze fungeren als de primaire fotoconversielaag en absorberen het meest zichtbare licht binnen de eerste micron van het materiaal.

Waarin de TCO-laag een elektrisch veld creëert dat het in de CdTe-laag geabsorbeerde licht omzet in stroom en spanning. Deze systemen zijn veel efficiënter dan vergelijkbaar kristallijn silicium.

#5 Geconcentreerde PV-cel (CVP en HCVP)

Geconcentreerde PV-cellen wekken op dezelfde manier elektrische energie op als conventionele fotovoltaïsche systemen. CVP gebruikt meestal gebogen spiegels om zonlicht te focussen op kleine, zeer efficiënte zonnecellen met meerdere verbindingen. Deze kunnen een grotere efficiëntie bieden van ongeveer 40% en zijn ook goedkoper.

#6 Koper Indium Gallium Selenide Zonnecellen (CI(G)S)

Een koperen indium gallium selenide zonnecel wordt gebruikt om zonlicht om te zetten in elektrische energie. Het wordt meestal gemaakt door een dunne laag koper, indium, gallium en selenium op een glazen of plastic achterkant af te zetten, samen met elektroden heen en weer om de stroom op te slaan.

Omdat het materiaal een hoge absorptiecoëfficiënt heeft en zonlicht sterk absorbeert, is een veel dunnere film vereist. Deze materialen kunnen een aanzienlijk deel van het zonnespectrum absorberen, waardoor ze de hoogste efficiëntie kunnen bereiken.

#7 kristallijn silicium zonnecel (C-Si)

Kristallijn silicium is het belangrijkste halfgeleidermateriaal dat in de fotovoltaïsche technologie wordt gebruikt voor de productie van zonnecellen. Deze zonnecellen zijn samengesteld uit siliciumdeeltjes die met elkaar verbonden zijn om een ​​kristalrooster te vormen.

Dit kristalrooster zorgt voor een georganiseerd systeem dat de omzetting van licht in elektriciteit efficiënter maakt. Omdat het een hoog rendement heeft, verlaagt het de kosten van de uiteindelijke installatie.

#8 Kleurstofgevoelige zonnecel

Het is een goedkope dunne-film zonnecel gebaseerd op een halfgeleider gevormd tussen een fotogevoelige anode en een elektrolyt, een foto-elektrochemisch systeem. Deze apparaten worden gebruikt om lichtenergie om te zetten in elektrische energie door gebruik te maken van organische kleurstoffen en halfgeleiders.

In vergelijking met andere typen zonnecellen werken ze beter bij hoge temperaturen en diffuus licht. Bovendien is het kosteneffectief, gemakkelijk te vervaardigen en eenvoudig te manipuleren.

#9 hybride zonnecel

Dit soort zonnecellen bestaat uit twee materialen, organische en anorganische halfgeleiders. Het organische materiaal bestaat uit geconjugeerde polymeren die licht absorberen als donoren en poriën transporteren.

Aan de andere kant worden anorganische materialen gebruikt als acceptoren en elektronentransporters in de structuur. Het voordeel van hybride zonnesystemen is dat ze zonne-energie en goedkope elektriciteit opslaan. Het gebruik van zonne-energie is mogelijk gemaakt tijdens maximale gebruikstijd.

#10 Multi-junction zonnecel

Dit zijn zonnecellen met meerdere pn-overgangen gemaakt van verschillende halfgeleidermaterialen. Hierbij zal de pn-overgang van elk materiaal een elektrische stroom genereren in reactie op verschillende golflengten van licht.

Deze zijn in staat om verschillende golflengten van binnenkomend zonlicht te absorberen met behulp van afzonderlijke lagen. Dit maakt ze efficiënter in het omzetten van zonlicht in elektriciteit dan single-junction-cellen.

#11 monokristallijne zonnecel

Dit type zonnecel is samengesteld uit een cilindrische siliciumstaaf gemaakt van een enkel kristal van silicium met een hoge zuiverheid vergelijkbaar met die van een halfgeleider. Het werkt als een polykristallijne zonnecel.

Wanneer zonlicht op monokristallijne zonnecellen valt, absorberen ze de energie en creëren ze via een complex proces een elektrisch veld. Dit elektrische veld omvat de spanning en stroom die elektriciteit opwekken. Monokristallijne zonnecellen hebben een relatief hoog rendement.

#12 nanokristal zonnecel

De nanokristallen zonnecellen zijn gemaakt van een materiaal dat is omhuld met nanokristallen. De nanokristallen zijn van silicium, CdTe of SiG's en de substraten zijn meestal silicium of verschillende organische halfgeleiders.

Deze nanokristallen worden gevormd door een spincoatingproces waarbij een hoeveelheid kwantumpuntoplossing op een plat oppervlak wordt geplaatst. De oplossing wordt gelijkmatig verdeeld en het oppervlak wordt gedraaid totdat de vereiste dikte is bereikt.

#13 Foto-elektrochemische cel

Deze zonnecellen absorberen een bron van zonlicht op een halfgeleider of fotosensibilisator om elektrische energie te produceren, vergelijkbaar met een kleurstofgevoelige zonnecel.

Daarbij bestaat elke cel uit een of twee halfgeleider foto-elektroden en ook een extra metaal- en referentie-elektrode die in een elektrolyt is gedompeld. Deze zijn laag in kosten en een vrij eenvoudig proces, wat een van de voordelen is.

#14 Solid-state zonnecel

Solid-state zonnecellen worden meestal gebruikt voor halfgeleiderapparatuur vergelijkbaar met halfgeleiderdiodes en geïntegreerde schakelingen. Ze worden ook gebruikt in halfgeleiderelektronica zonder bewegende delen die apparaten met bewegende delen vervangen.

Het bestaat uit twee kristallen, één gedoteerd met een n-type halfgeleider die extra vrije geleidingsbandelektronen versterkt. En de andere is gedoteerd met een p-type halfgeleider die meer elektronengaten toevoegt.

#15 dunne-film zonnecel

Deze typen zijn ontworpen om zonlichtenergie om te zetten in elektrische energie door middel van een fotovoltaïsch effect. Dunne-film zonnecellen worden gemaakt door een of meer dunne lagen op een flexibel substraat, zoals glas, plastic of metaal, af te zetten.

Tegenwoordig worden verschillende soorten dunne-film zonnecellen gebruikt vanwege hun relatief lage kosten en hun efficiëntie bij de opwekking van energie. Deze worden ook gebruikt in verschillende technologieën, waaronder cadmiumtelluride, koper-indium-galliumdiselenide en amorf dunnefilmsilicium.

#16 op wafels gebaseerde zonnecellen

Zoals de naam al doet vermoeden, zijn op wafels gebaseerde siliciumcellen gemaakt van plakjes monokristallijn of multikristallijn silicium. Ze kunnen de hoogste efficiëntie van elk type fotovoltaïsche technologie bereiken. In deze zonnecel worden alle functionele lagen op het substraat afgezet en getranscribeerd om de elektrisch verbonden subcellen te scheiden.

Werking van zonnecel

De fotonen van de zon treffen de cel aan de microdunne p-zijde en dringen door tot in de junctie om de elektron-gatparen te genereren. Wanneer de cel is aangesloten op een belasting, zoals weergegeven, diffunderen de elektronen van n top. De richting van de stroom (I) is in de tegenovergestelde richting van de elektronen.

Typische spanningsstroomkarakteristieken worden in de figuur getoond bij twee verschillende zonnestralingsniveaus, voor elk waarvan Voc =nullastspanning, Isc =kortsluitstroom. Het ideale vermogen van de cel is Vo.Isc. Het maximale bruikbare vermogen is de oppervlakte van de grootste rechthoek die onder de I-V-curve kan worden gevormd.

Als de spanning en stroom die met deze situatie overeenkomen, wordt aangeduid met Vm en Im en dan is het maximale bruikbare vermogen VmIm. De verhouding van het maximaal bruikbare vermogen tot het ideale vermogen wordt de volledige factor (k) genoemd. Typische waarden van deze factoren voor een siliciumcel zijn:

Voc =450 tot 400 mV; Ioc =30 tot 50 mA/cm ² , K =0,65 tot 0,80.

Zonnecellen in de vorm van dunne films of wafels zetten van 3% tot minder dan 30% van de invallende zonne-energie om in gelijkstroom. elektriciteit. De aansluiting van dergelijke cellen in serie-parallelle configuraties maakt het ontwerp van zonnepanelen met hoge spanningen tot enkele kilovolts mogelijk.

In combinatie met apparatuur voor energieopslag en energieconditionering kunnen deze cellen worden gebruikt als een integraal onderdeel van een compleet zonne-elektrisch conversiesysteem.

Toepassingen van zonnecellen

Er zijn veel praktische toepassingen voor het gebruik van zonnepanelen of fotovoltaïsche. Het wordt voor het eerst gebruikt in de landbouw als energiebron voor irrigatie. In de gezondheidszorg kunnen zonnepanelen worden gebruikt om medische benodigdheden te koelen. PV-modules worden gebruikt in fotovoltaïsche systemen en omvatten een groot aantal elektrische apparaten:

Hieronder volgen de verschillende lijsten met toepassingen van zonnecellen:

1. Fotovoltaïsche centrales.
2. PV-systemen op het dak.
3. Zelfstandige PV-systemen.
4. Hybride zonne-energiesystemen.
5. Geconcentreerde fotovoltaïsche energie.
6. Zonnepanelen.
7. In op zonne-energie gepompte lasers.
8. Zonnevoertuigen.
9. Gebruikt in zonnepanelen op ruimtevaartuigen en ruimtestations.

Dat was het, bedankt voor het lezen. Als u vragen heeft over "soorten zonnecellen ’ vraag je in de comments. Als je dit artikel leuk vindt, deel het dan met je vrienden.

Abonneer u op onze nieuwsbrief voor meer inhoud: