Τώρα ολόκληρος ο κόσμος αντιμετωπίζει το πρόβλημα της ενέργειας, η σταδιακή εξάντληση της παραδοσιακής ενέργειας, σε συνδυασμό με τη ρύπανση της παραδοσιακής ενέργειας στο περιβάλλον, η ανάπτυξη νέας ενέργειας έχει γίνει επείγον ζήτημα. Περιβαλλοντική προστασία της νέας ενέργειας όλο και περισσότερη προσοχή, η ηλιακή ενέργεια είναι μια ανεξάντλητη νέα ενέργεια, αλλά και ένα είδος ενέργειας προστασίας του περιβάλλοντος, σχεδόν μηδενική ρύπανση. Τώρα που τα ηλιακά κύτταρα έχουν εφαρμοστεί σε πολλά σημεία, η ακόλουθη μικρή σειρά θα εισαγάγει την αρχή λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών.
Εισαγωγή ηλιακών συλλεκτών
Οι ηλιακοί συλλέκτες είναι μια συσκευή που μετατρέπει άμεσα ή έμμεσα την ενέργεια ακτινοβολίας του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω του φωτοηλεκτρικού φαινομένου ή του φωτοχημικού φαινομένου απορροφώντας το ηλιακό φως. Είναι κυρίως ηλεκτρομαγνητικός τύπος που χρησιμοποιεί την ενέργεια του ηλιακού φωτός για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Συνήθως το κύριο υλικό παραγωγής των ηλιακών συλλεκτών είναι το πυρίτιο, αλλά λόγω του κόστους παραγωγής είναι πολύ μεγάλο, μέχρι στιγμής δεν έχει καταφέρει να χρησιμοποιηθεί ευρέως. Ωστόσο, σε σύγκριση με άλλα προϊόντα μπαταριών, οι ηλιακοί συλλέκτες είναι πιο ενεργειακά αποδοτικοί και φιλικοί προς το περιβάλλον και πιστεύω ότι θα διαδοθούν στο μέλλον.
Αρχή του ηλιακού πάνελ
Οι ηλιακοί συλλέκτες είναι μια αποτελεσματική συσκευή που ανταποκρίνεται στο φως και μπορεί να μετατρέψει την φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική. Υπάρχουν πολλά είδη υλικών που μπορούν να παράγουν φωτοβολταϊκά αποτελέσματα, όπως το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, το πολυπυρίτιο, το άμορφο πυρίτιο, το αρσενίδιο του γαλλίου, το σεληνίδιο του χαλκού ινδίου κ.λπ., η αρχή παραγωγής ενέργειας διαφόρων υλικών είναι βασικά η ίδια, εδώ, πάρτε το κρυσταλλικό πυρίτιο ως ένα παράδειγμα, περιγράψτε την κύρια διαδικασία των ηλιακών συλλεκτών. Το κρυσταλλικό πυρίτιο τύπου Ρ εμποτίζεται με φώσφορο για να ληφθεί πυρίτιο τύπου Ν και να σχηματιστεί ένωση PN.
Όταν το φως χτυπά τη βασική επιφάνεια του ηλιακού πάνελ, μερικά από τα φωτόνια απορροφώνται από το υλικό πυριτίου. Η ενέργεια του φωτονίου μεταφέρεται στο άτομο του πυριτίου, έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια να γίνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια και η διαφορά δυναμικού συγκεντρώνεται και στις δύο πλευρές της ένωσης PN. Όταν το κύκλωμα είναι εξωτερικά συνδεδεμένο, υπό τη δράση αυτής της τάσης, θα υπάρχει ρεύμα που ρέει μέσω του εξωτερικού κυκλώματος, παράγοντας έτσι μια ορισμένη ισχύ εξόδου. Η ουσία αυτής της διαδικασίας είναι η μετατροπή της ενέργειας των φωτονίων σε ηλεκτρική ενέργεια.
Τα ηλιακά πάνελ είναι ένα σημαντικό μέσο ανθρώπινης χρήσης της ηλιακής ενέργειας, η παραγωγή ενέργειας συνήθως έχει δύο τρόπους, ο ένας είναι η λειτουργία μετατροπής φωτός-θερμότητας-ηλεκτρισμού και ο άλλος τρόπος άμεσης μετατροπής φωτός-ηλεκτρισμού. Ας ρίξουμε μια ματιά σε αυτούς τους δύο τρόπους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
1, μέθοδος μετατροπής φωτός-θερμότητας-ηλεκτρισμού: είναι η χρήση της ηλιακής ακτινοβολίας που παράγεται από τη θερμότητα μιας διαδικασίας παραγωγής ενέργειας, είναι γενικά από τον ηλιακό συλλέκτη θα απορροφήσει τη θερμότητα στον ατμό του μέσου εργασίας και στη συνέχεια θα οδηγήσει την ισχύ του στροβίλου γενιά. Η πρώτη διαδικασία είναι η διαδικασία μετατροπής φωτός-θερμότητας και η δεύτερη διαδικασία μετατροπής θερμότητας-ηλεκτρισμού, η οποία είναι η ίδια με τη συνηθισμένη παραγωγή θερμικής ενέργειας.
2, λειτουργία άμεσης μετατροπής φωτός-ηλεκτρισμού: η χρήση φωτοηλεκτρικού φαινομένου για άμεση μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια, η βασική συσκευή είναι οι ηλιακοί συλλέκτες. Τα ηλιακά πάνελ είναι η χρήση φωτοβολταϊκού φαινομένου και η άμεση μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε εξοπλισμό ηλεκτρικής ενέργειας, ανήκει στη φωτοδίοδο ημιαγωγών, όταν ο ήλιος λάμπει στη φωτοδίοδο, η φωτοδίοδος θα μετατρέψει το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια, με αποτέλεσμα ρεύμα. Όταν πολλαπλοί ηλιακοί συλλέκτες συνδέονται σε σειρά ή παράλληλα, μπορεί να γίνει μια συστοιχία ηλιακών κυψελών με μεγαλύτερη ισχύ εξόδου.
Η παραγωγή θερμικής ενέργειας από ηλιακά πάνελ έχει τα μειονεκτήματα της χαμηλής απόδοσης και του υψηλού κόστους, και εκτιμάται ότι η επένδυση είναι τουλάχιστον 5 έως 10 φορές πιο ακριβή από τους συνηθισμένους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς. Ένας ηλιακός θερμοηλεκτρικός σταθμός ισχύος 1000 MW απαιτεί επένδυση 2 έως 2,5 δισεκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ και η μέση επένδυση 1 kW είναι 2000 έως 2500 δολάρια ΗΠΑ. Ως εκ τούτου, τα ηλιακά πάνελ είναι κατάλληλα μόνο για ειδικές περιπτώσεις μικρής κλίμακας και η χρήση μεγάλης κλίμακας είναι εξαιρετικά αντιοικονομική από την τρέχουσα άποψη, επομένως δεν μπορεί να ανταγωνιστεί τους συνηθισμένους θερμικούς ή πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Αν και η ηλιακή ενέργεια είναι μια πολύ φιλική προς το περιβάλλον ενέργεια, οι ηλιακές κυψέλες είναι επίσης ένας καλός τρόπος εξοικονόμησης ενέργειας, αλλά από την άποψη της τρέχουσας τεχνολογίας, το κόστος παραγωγής των ηλιακών κυψελών εξακολουθεί να είναι σχετικά υψηλό, επομένως δεν έχει διαδοθεί. Ωστόσο, η εφαρμογή καθαρής ενέργειας θα είναι μια αναπόφευκτη τάση και η ηλιακή ενέργεια είναι σχεδόν απαλλαγμένη από ρύπανση, είτε από ενεργειακή άποψη είτε από την άποψη της προστασίας του περιβάλλοντος, η ανάπτυξη της ηλιακής ενέργειας θα είναι ένα θέμα που πρέπει να αναπτυχθεί δυναμικά στο μέλλον. Ίσως στο εγγύς μέλλον, να έχουμε ηλιακά κύτταρα στα σπίτια μας.