Conas a oibríonn cealla gréine

Cealla gréine ionsú solas na gréine chun feidhmeanna gnáth-chadhnraí a tháirgeadh. Ach murab ionann agus cadhnraí traidisiúnta, socraítear voltas aschuir agus cumhacht aschuir uasta na gcadhnraí traidisiúnta, agus baineann voltas aschuir, reatha, agus cumhacht na gcealla gréine le coinníollacha soilsithe agus pointí oibriúcháin ualaigh. Mar gheall air seo, chun cealla gréine a úsáid chun leictreachas a ghiniúint, ní mór duit an gaol reatha-voltais agus prionsabal oibre na gcealla gréine a thuiscint.

Soilsiú speictreach de sholas na gréine:

Is é foinse fuinnimh na gcealla gréine solas na gréine, agus mar sin deimhníonn déine agus speictream solas na gréine teagmhais aschur reatha agus voltas na cille gréine. Tá a fhios againn, nuair a chuirtear réad faoin ngrian, go bhfaigheann sé solas na gréine ar dhá bhealach, is solas díreach é ceann amháin, agus solas na gréine idirleata é an ceann eile tar éis é a bheith scaipthe ag rudaí eile ar an dromchla. Faoi imthosca gnáth, is ionann solas teagmhais dhíreach agus thart ar 80% den solas a fhaigheann ceall gréine. Dá bhrí sin, díreoidh ár bplé seo a leanas freisin ar nochtadh díreach do sholas na gréine.

Is féidir déine agus speictream solas na gréine a chur in iúl trí ionradaíocht speictrim, arb é an chumhacht solais in aghaidh an aonaid tonnfhad in aghaidh an aonaid achair (W/㎡um). Is é déine solais na gréine (W/㎡) suim gach tonnfhad den soilsiú speictrim. Tá baint ag soilsiú speictrim solas na gréine leis an suíomh tomhaiste agus uillinn na gréine i gcoibhneas le dromchla an domhain. Tá sé seo amhlaidh toisc go mbeidh solas na gréine á ionsú agus á scaipeadh ag an atmaisféar sula sroicheann sé dromchla an domhain. Go ginearálta is é an mais aeir (AM) mar a thugtar air a léirítear an dá fhachtóir suíomh agus uillinn. Maidir le soilsiú gréine, tagraíonn AMO don staid sa spás amuigh nuair a bhíonn an ghrian ag taitneamh go díreach. Tá a dhéine solais thart ar 1353 W/㎡, atá beagnach comhionann leis an bhfoinse solais a tháirgtear trí radaíocht choirp dubh le teocht 5800K. Tagraíonn AMI don staid ar dhromchla an domhain, nuair a bhíonn an ghrian ag taitneamh go díreach, tá an déine solais thart ar 925 W/m2. Tagraíonn AMI.5 don staid ar dhromchla an domhain, nuair a bhíonn an ghrian teagmhasach ag uillinn 45 céim, tá an déine solais thart ar 844 W/m2. Úsáidtear AM 1.5 go ginearálta chun meán-soilsiú solas na gréine ar dhromchla an domhain a léiriú. Múnla ciorcad gréine cille:

Nuair nach bhfuil aon solas ann, iompraíonn ceall gréine cosúil le dé-óid acomhal pn. Is féidir an gaol sruth-voltais atá ag dé-óid idéalach a chur in iúl mar

Nuair a sheasann I don sruth, seasann V don voltas, Is é an sruth sáithiúcháin, agus VT=KBT/q0, áit a seasann KB don tairiseach BoItzmann, is é q0 an t-aonad lucht leictreach, agus is é T an teocht. Ag teocht an tseomra, VT=0.026v. Ba chóir a thabhairt faoi deara go sainmhínítear treo an sruth dé-óid Pn chun sreabhadh ó P-cineál go n-cineál sa fheiste, agus sainmhínítear luachanna dearfacha agus diúltacha an voltais mar an acmhainneacht teirminéil P-cineál lúide an acmhainneacht teirminéil n-cineál. Dá bhrí sin, má leantar an sainmhíniú seo, nuair a bhíonn an chill gréine ag obair, tá a luach voltais dearfach, tá a luach reatha diúltach, agus tá an cuar IV sa cheathrú ceathrú. Ní mór a mheabhrú do léitheoirí anseo go bhfuil an dé-óid idéalach mar a thugtar air bunaithe ar go leor coinníollacha fisiceacha, agus go nádúrtha beidh roinnt fachtóirí neamhidéalacha ag dé-óid iarbhír a dhéanann difear do ghaolmhaireacht reatha-voltais na feiste, mar shampla giniúna athcheangail reatha, anseo Buafaimid ' t é a phlé i bhfad. Nuair a bheidh an chill gréine nochta don solas, beidh fótavoltach sa dé-óid pn. Toisc go bhfuil treo réimse leictrigh ionsuite an acomhal pn ó n-cineál go p-cineál, beidh na péirí leictreon-poll a ghintear trí ionsú fótón ag rith i dtreo an deireadh n-cineál, agus beidh na poill ag rith i dtreo an p. -cineál deireadh. Sreabhfaidh an fóta-shruth a fhoirmíonn an dá cheann ó chineál n go cineál p. Go ginearálta, sainmhínítear treo réamhshrutha dé-óid mar shreabhadh ó chineál p go cineál n. Ar an mbealach seo, i gcomparáid le dé-óid idéalach, is sruth diúltach é an fótavoltach a ghineann cill gréine nuair a bhíonn sé soilsithe. Is é an caidreamh sruth-voltais na cille gréine ná an dé-óid idéalach móide IL fóta-shruth diúltach, a bhfuil a mhéid:

I bhfocail eile, nuair nach bhfuil aon solas ann, IL=0, níl sa chill gréine ach gnáthdhé-óid. Nuair a bhíonn an ghrianchiorcal gearrchiorcadúil, is é sin, V=0, is é Isc=-IL an sruth gearrchiorcaid. Is é sin le rá, nuair a bhíonn an chill gréine gearrchiorcad, is é an sruth gearrchiorcad an fóta-shruth a ghineann solas teagmhais. Más ciorcad oscailte í an chill gréine, is é sin, má tá I=0, is é a voltas ciorcad oscailte:

Fíor 2. Ciorcad coibhéiseach de chill gréine: (a) gan, (b) le friotóirí sraithe agus shunt. Ní mór a aibhsiú anseo go bhfuil voltas ciorcad oscailte agus sruth gearrchiorcad ina dhá pharaiméadar tábhachtach de shaintréithe cealla gréine.

Is é an t-aschur cumhachta ó chill gréine ná táirge an tsrutha agus an voltais:

Ar ndóigh, ní luach seasta é an t-aschur cumhachta ag an gcill gréine. Sroicheann sé an t-uasluach ag pointe oibriúcháin reatha-voltais áirithe, agus is féidir an chumhacht aschurtha uasta Pmax a chinneadh ag dp/dv=0. Is féidir linn a bhaint amach gurb é an voltas aschuir ag an uaschumhacht aschurtha Pmax:

agus is é an sruth aschuir:

Is é uaschumhacht aschurtha na cille gréine:

Tagraíonn éifeachtacht cille gréine don chóimheas idir an chill gréine agus an bioráin chumhachta den solas teagmhais a thiontú go dtí an chumhacht leictreach aschuir uasta, is é sin:

Úsáideann tomhais éifeachtúlachta cille gréine ginearálta foinse solais atá cosúil le solas na gréine le bioráin=1000W/㎡.

Go turgnamhach, ní leanann caidreamh reatha-voltais na gcealla gréine go hiomlán an cur síos teoiriciúil thuas. Tá sé seo toisc go bhfuil friotaíocht sraithe agus friotaíocht shunt mar a thugtar air ag an bhfeiste fótavoltach féin. Maidir le haon ábhar leathsheoltóra, nó an teagmháil idir leathsheoltóir agus miotail, beidh friotaíocht níos mó nó níos lú ann dosheachanta, rud a bheidh mar fhriotaíocht sraithe den fheiste fótavoltach. Ar an láimh eile, beidh aon chonair reatha seachas an dé-óid Pn idéalach idir leictreoidí dearfacha agus diúltacha an fheiste fhótavoltach ina chúis leis an sruth sceite mar a thugtar air, mar shampla an sruth athcheangail giniúna sa fheiste. , dromchla recombination reatha, leithlisiú imeall neamhiomlán an fheiste, agus acomhal treá teagmhála miotail.

De ghnáth, úsáidimid friotaíocht shunt chun sruth sceite na gceall gréine a shainiú, is é sin, Rsh = V/Ileak. Dá mhéad an fhriotaíocht shunt, is lú an sruth sceite. Má bhreithnímid an fhriotaíocht chomhpháirteach Rs agus an fhriotaíocht shunt Rsh, is féidir an gaol reatha-voltais den chill gréine a scríobh mar:

Ní féidir linn ach paraiméadar amháin a úsáid freisin, an fachtóir líonta mar a thugtar air, chun achoimre a dhéanamh ar thionchar friotaíochta sraithe agus ar fhriotaíocht shunt. sainmhínithe mar:

Is léir go bhfuil an fachtóir líonta uasta mura bhfuil aon fhriotóir sraithe ann agus go bhfuil an fhriotaíocht shunt gan teorainn (gan aon sruth sceitheadh). Laghdóidh aon mhéadú ar fhriotaíocht sraithe nó laghdú ar fhriotaíocht shunt an fachtóir líonta. Ar an mbealach seo, . Is féidir éifeachtacht na gcealla gréine a chur in iúl trí thrí pharaiméadair thábhachtacha: voltas ciorcad oscailte Voc, gearrchiorcad reatha Isc, agus fachtóir líonadh FF.

Ar ndóigh, chun feabhas a chur ar éifeachtúlacht cille gréine, is gá a voltas ciorcad oscailte, sruth gearrchiorcad (is é sin, photocurrent) agus fachtóir líonta a mhéadú ag an am céanna (is é sin, friotaíocht sraithe agus sceitheadh ​​reatha a laghdú).

Voltas ciorcad oscailte agus sruth gearrchiorcad: Ag breith ar an bhfoirmle roimhe seo, déantar voltas ciorcad oscailte na cille gréine a chinneadh ag an bhfótavoltach agus an chill sháithithe. Ó thaobh na fisice leathsheoltóra, tá an voltas ciorcad oscailte comhionann le difríocht fuinnimh Fermi idir leictreoin agus poill sa réigiún muirear spáis. Maidir le sruth sáithiúcháin dé-óid Pn idéalach, is féidir leat:

a chur in iúl. áit a seasann q0 don aonadlucht, seasann ni do thiúchan iompróra intreach an leathsheoltóra, seasann ND agus NA do thiúchan an deontóra agus seasann an glacadóir, Dn agus Dp araon do chomhéifeacht idirleata na leictreon agus na bpoll, tá an slonn thuas ag glacadh leis n - An cás ina bhfuil an cineál-réigiún agus an réigiún cineál-p araon leathan. Go ginearálta, le haghaidh cealla gréine ag baint úsáide as foshraitheanna p-cineál, tá an limistéar n-cineál an-éadomhain, agus is gá an abairt thuas a mhodhnú.

Luaigh muid níos luaithe, nuair a bhíonn cill gréine soilsithe, gintear fóta-shruth, agus is é an fóta-shruth an sruth ciorcaid dúnta i gcaidreamh reatha-voltais na cille gréine. Anseo déanfaimid cur síos gairid ar thionscnamh an fhóta reatha. Cinntear ráta giniúna na n-iompróirí de réir toirte aonaid in aghaidh an aonaid ama (aonad m -3 s -1 ) ag an gcomhéifeacht ionsú solais, .i.

Ina measc, is ionann α agus an comhéifeacht ionsú solais, is é sin déine na bhfótón teagmhais (nó dlús flosc fótóin), agus tagraíonn R don chomhéifeacht machnaimh, mar sin léiríonn sé déine na bhfótón teagmhas nach léirítear. Is iad na trí phríomh-mheicníocht a ghineann fótavoltach ná: sruth idirleathadh leictreon iompróra mionlaigh sa réigiún cineál-p, sruth idirleathadh na bpoll iompróra mionlaigh sa réigiún cineál n, agus sruth leictreon agus poll sa réigiún luchta spáis. reatha. Mar sin, is féidir an fótavoltach a chur in iúl go garbh mar:

Ina measc, is ionann Ln agus Lp gach ceann agus fad idirleathadh na leictreon sa réigiún p-cineál agus poill sa réigiún n-cineál, agus is é leithead an réigiúin muirear spáis. Ag achoimre ar na torthaí seo, faighimid slonn simplí don voltas ciorcad oscailte:

áit a seasann Vrcc don ráta athmheasctha de phéirí leictreonphoill in aghaidh an aonaid toirte. Ar ndóigh, is toradh nádúrtha é seo, toisc go bhfuil an voltas ciorcad oscailte comhionann leis an difríocht fuinnimh Fermi idir leictreoin agus poill sa réigiún muirear spáis, agus déantar difríocht fuinnimh Fermi idir leictreoin agus poill a chinneadh ag an ráta giniúna iompróra agus an ráta athcheangail. .