சூரிய மின்கலங்கள் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன

சூரிய மின்கலங்கள் சூரிய ஒளியை உறிஞ்சி சாதாரண பேட்டரிகளின் செயல்பாடுகளை உருவாக்குகிறது. ஆனால் பாரம்பரிய பேட்டரிகளைப் போலல்லாமல், பாரம்பரிய பேட்டரிகளின் வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் மற்றும் அதிகபட்ச வெளியீட்டு சக்தி நிலையானது, அதே நேரத்தில் சூரிய மின்கலங்களின் வெளியீட்டு மின்னழுத்தம், மின்னோட்டம் மற்றும் சக்தி ஆகியவை ஒளி நிலைமைகள் மற்றும் சுமை இயக்க புள்ளிகளுடன் தொடர்புடையவை. இதன் காரணமாக, மின்சாரத்தை உருவாக்க சூரிய மின்கலங்களைப் பயன்படுத்த, நீங்கள் தற்போதைய மின்னழுத்த உறவு மற்றும் சூரிய மின்கலங்களின் செயல்பாட்டுக் கொள்கையைப் புரிந்து கொள்ள வேண்டும்.

சூரிய ஒளியின் நிறமாலை வெளிச்சம்:

சூரிய மின்கலங்களின் ஆற்றல் மூலமானது சூரிய ஒளியாகும், எனவே சூரிய ஒளியின் தீவிரம் மற்றும் ஸ்பெக்ட்ரம் சூரிய மின்கலத்தின் தற்போதைய மற்றும் மின்னழுத்த வெளியீட்டை தீர்மானிக்கிறது. ஒரு பொருளை சூரியனுக்கு அடியில் வைத்தால், அது இரண்டு வழிகளில் சூரிய ஒளியைப் பெறுகிறது, ஒன்று நேரடி சூரிய ஒளி, மற்றொன்று மேற்பரப்பில் உள்ள மற்ற பொருட்களால் சிதறிய பின் பரவும் சூரிய ஒளி. சாதாரண சூழ்நிலையில், சூரிய மின்கலத்தால் பெறப்படும் ஒளியில் சுமார் 80% நேரடி நிகழ்வு ஒளியைக் கொண்டுள்ளது. எனவே, எங்கள் பின்வரும் விவாதம் சூரிய ஒளியை நேரடியாக வெளிப்படுத்துவது குறித்தும் கவனம் செலுத்தும்.

சூரிய ஒளியின் தீவிரம் மற்றும் ஸ்பெக்ட்ரம் ஸ்பெக்ட்ரம் கதிர்வீச்சு மூலம் வெளிப்படுத்தப்படலாம், இது ஒரு யூனிட் பரப்பிற்கு (W/㎡um) ஒரு யூனிட் அலைநீளத்திற்கு ஒளி சக்தியாகும். சூரிய ஒளியின் தீவிரம் (W/㎡) என்பது ஸ்பெக்ட்ரம் வெளிச்சத்தின் அனைத்து அலைநீளங்களின் கூட்டுத்தொகையாகும். சூரிய ஒளியின் ஸ்பெக்ட்ரம் வெளிச்சம் பூமியின் மேற்பரப்புடன் ஒப்பிடும் போது சூரியனின் அளவிடப்பட்ட நிலை மற்றும் கோணத்துடன் தொடர்புடையது. ஏனென்றால், சூரிய ஒளி பூமியின் மேற்பரப்பை அடையும் முன் வளிமண்டலத்தால் உறிஞ்சப்பட்டு சிதறடிக்கப்படும். நிலை மற்றும் கோணத்தின் இரண்டு காரணிகள் பொதுவாக காற்று நிறை (AM) என அழைக்கப்படுவதால் குறிப்பிடப்படுகின்றன. சூரிய ஒளியைப் பொறுத்தவரை, AMO என்பது சூரியன் நேரடியாக பிரகாசிக்கும் போது விண்வெளியில் உள்ள சூழ்நிலையைக் குறிக்கிறது. இதன் ஒளித் தீவிரம் தோராயமாக 1353 W/㎡ ஆகும், இது 5800K வெப்பநிலையுடன் கரும்பொருள் கதிர்வீச்சினால் உற்பத்தி செய்யப்படும் ஒளி மூலத்திற்குச் சமமானதாகும். AMI என்பது பூமியின் மேற்பரப்பில் உள்ள சூழ்நிலையைக் குறிக்கிறது, சூரியன் நேரடியாக பிரகாசிக்கும் போது, ​​ஒளியின் தீவிரம் சுமார் 925 W/m2 ஆகும். AMI.5 என்பது பூமியின் மேற்பரப்பில் உள்ள சூழ்நிலையைக் குறிக்கிறது, சூரியன் 45 டிகிரி கோணத்தில் ஏற்படும் போது, ​​ஒளியின் தீவிரம் சுமார் 844 W/m2 ஆகும். பூமியின் மேற்பரப்பில் சூரிய ஒளியின் சராசரி வெளிச்சத்தைக் குறிக்க AM 1.5 பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. சூரிய மின்கல சுற்று மாதிரி:

ஒளி இல்லாத போது, ​​சூரிய மின்கலம் pn சந்திப்பு டையோடு போல செயல்படுகிறது. ஒரு சிறந்த டையோடு தற்போதைய மின்னழுத்த உறவை இவ்வாறு வெளிப்படுத்தலாம்

நான் மின்னோட்டத்தைக் குறிக்கும் இடத்தில், V என்பது மின்னழுத்தத்தைக் குறிக்கிறது, Is என்பது செறிவூட்டல் மின்னோட்டம், மற்றும் VT=KBT/q0, இங்கு KB என்பது BoItzmann மாறிலியைக் குறிக்கிறது, q0 என்பது அலகு மின்னேற்றம், மற்றும் T என்பது வெப்பநிலை. அறை வெப்பநிலையில், VT=0.026v. Pn டையோடு மின்னோட்டத்தின் திசையானது சாதனத்தில் P-வகையிலிருந்து n-வகை வரை பாய்வதற்கு வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது என்பதையும், மின்னழுத்தத்தின் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மதிப்புகள் P-வகை முனையத் திறன் என வரையறுக்கப்படுகிறது என்பதையும் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். n-வகை முனையத் திறனைக் கழித்தல். எனவே, இந்த வரையறையைப் பின்பற்றினால், சூரிய மின்கலம் வேலை செய்யும் போது, ​​அதன் மின்னழுத்த மதிப்பு நேர்மறையாகவும், அதன் தற்போதைய மதிப்பு எதிர்மறையாகவும், IV வளைவு நான்காவது குவாட்ரண்டிலும் இருக்கும். ஐடியல் டையோடு என்று அழைக்கப்படுவது பல உடல் நிலைகளை அடிப்படையாகக் கொண்டது என்பதை வாசகர்கள் இங்கு நினைவூட்ட வேண்டும், மேலும் உண்மையான டையோட்கள் இயற்கையாகவே சாதனத்தின் தற்போதைய மின்னழுத்த உறவைப் பாதிக்கும் சில ஐடியல் காரணிகளைக் கொண்டிருக்கும், அதாவது தலைமுறை-மீண்டும் சேர்க்கை மின்னோட்டம், இங்கே நாம் வெற்றி பெறுகிறோம்' அதை அதிகம் விவாதிக்க வேண்டாம். சூரிய மின்கலம் ஒளியில் வெளிப்படும் போது, ​​pn டையோடில் ஒளி மின்னோட்டம் இருக்கும். pn சந்திப்பின் உள்ளமைக்கப்பட்ட மின்புல திசையானது n-வகையில் இருந்து p-வகை வரை இருப்பதால், ஃபோட்டான்களின் உறிஞ்சுதலால் உருவாக்கப்படும் எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகள் n-வகை முடிவை நோக்கி இயங்கும், அதே சமயம் துளைகள் p நோக்கி இயங்கும். - வகை முடிவு. இருவராலும் உருவாகும் ஒளி மின்னோட்டம் n-வகையிலிருந்து p-வகைக்கு பாயும். பொதுவாக, ஒரு டையோடின் முன்னோக்கி தற்போதைய திசையானது p-வகையிலிருந்து n-வகைக்கு பாயும் என வரையறுக்கப்படுகிறது. இந்த வழியில், ஒரு சிறந்த டையோடு ஒப்பிடும்போது, ​​ஒளிரும் போது சூரிய மின்கலத்தால் உருவாக்கப்படும் ஒளி மின்னோட்டம் எதிர்மறை மின்னோட்டமாகும். சூரிய மின்கலத்தின் தற்போதைய மின்னழுத்த உறவு சிறந்த டையோடு மற்றும் எதிர்மறை ஒளிமின்னழுத்த IL ஆகும், அதன் அளவு:

வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், ஒளி இல்லாத போது, ​​IL=0, சூரிய மின்கலம் ஒரு சாதாரண டையோடு. சூரிய மின்கலம் ஷார்ட் சர்க்யூட் ஆகும் போது, ​​அதாவது V=0, ஷார்ட் சர்க்யூட் மின்னோட்டம் Isc=-IL ஆகும். அதாவது சோலார் செல் ஷார்ட் சர்க்யூட் ஆகும் போது, ​​ஷார்ட் சர்க்யூட் கரண்ட் என்பது சம்பவ ஒளியால் உருவாகும் ஒளி மின்னோட்டமாகும். சூரிய மின்கலம் திறந்த சுற்று என்றால், அதாவது I=0 எனில், அதன் திறந்த சுற்று மின்னழுத்தம்:

படம் 2. சூரிய மின்கலத்தின் சமமான சுற்று: (a) இல்லாமல், (b) தொடர் மற்றும் shunt மின்தடைகளுடன். திறந்த சுற்று மின்னழுத்தம் மற்றும் குறுகிய சுற்று மின்னோட்டம் ஆகியவை சூரிய மின்கல பண்புகளின் இரண்டு முக்கிய அளவுருக்கள் என்பதை இங்கே வலியுறுத்த வேண்டும்.

சூரிய மின்கலத்தின் ஆற்றல் வெளியீடு மின்னோட்டம் மற்றும் மின்னழுத்தத்தின் விளைபொருளாகும்:

வெளிப்படையாக, சூரிய மின்கலத்தின் ஆற்றல் வெளியீடு ஒரு நிலையான மதிப்பு அல்ல. இது ஒரு குறிப்பிட்ட மின்னோட்ட மின்னழுத்த இயக்க புள்ளியில் அதிகபட்ச மதிப்பை அடைகிறது, மேலும் அதிகபட்ச வெளியீட்டு சக்தி Pmax ஐ dp/dv=0 ஆல் தீர்மானிக்க முடியும். அதிகபட்ச வெளியீட்டு சக்தி Pmax இல் வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் என்பதை நாம் கழிக்க முடியும்:

மற்றும் வெளியீட்டு மின்னோட்டம்:

சூரிய மின்கலத்தின் அதிகபட்ச வெளியீட்டு சக்தி:

ஒரு சூரிய மின்கலத்தின் செயல்திறன் என்பது சூரிய மின்கலத்தின் விகிதத்தைக் குறிக்கிறது, இது சம்பவ ஒளியின் சக்தி பின்னை அதிகபட்ச வெளியீட்டு மின் சக்தியாக மாற்றுகிறது, அதாவது:

பொதுவான சூரிய மின்கல திறன் அளவீடுகள் சூரிய ஒளியைப் போன்ற ஒளி மூலத்தை பின்=1000W/㎡ உடன் பயன்படுத்துகின்றன.

சோதனை ரீதியாக, சூரிய மின்கலங்களின் தற்போதைய மின்னழுத்த உறவு மேலே உள்ள தத்துவார்த்த விளக்கத்தை முழுமையாகப் பின்பற்றவில்லை. ஏனென்றால், ஒளிமின்னழுத்த சாதனம் தொடர் எதிர்ப்பு மற்றும் ஷன்ட் எதிர்ப்பு என்று அழைக்கப்படுவதைக் கொண்டுள்ளது. எந்தவொரு குறைக்கடத்தி பொருளுக்கும், அல்லது ஒரு குறைக்கடத்திக்கும் உலோகத்திற்கும் இடையிலான தொடர்பு, தவிர்க்க முடியாமல் அதிக அல்லது குறைவான எதிர்ப்பாக இருக்கும், இது ஒளிமின்னழுத்த சாதனத்தின் தொடர் எதிர்ப்பை உருவாக்கும். மறுபுறம், ஒளிமின்னழுத்த சாதனத்தின் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளுக்கு இடையே உள்ள இலட்சிய Pn டையோடைத் தவிர வேறு எந்த தற்போதைய பாதையும் சாதனத்தில் உள்ள தலைமுறை-மறுசீரமைப்பு மின்னோட்டம் போன்ற கசிவு மின்னோட்டத்தை ஏற்படுத்தும். , மேற்பரப்பு மறுசீரமைப்பு மின்னோட்டம், சாதனத்தின் முழுமையற்ற விளிம்பு தனிமைப்படுத்தல் மற்றும் உலோக தொடர்பு ஊடுருவல் சந்திப்பு.

வழக்கமாக, சூரிய மின்கலங்களின் கசிவு மின்னோட்டத்தை வரையறுக்க, அதாவது, Rsh=V/Ileak என்பதை வரையறுக்க, ஷண்ட் ரெசிஸ்டன்ஸ் பயன்படுத்துகிறோம். ஷன்ட் ரெசிஸ்டன்ஸ் பெரியது, கசிவு மின்னோட்டம் சிறியது. நாம் கூட்டு எதிர்ப்பு R மற்றும் shunt எதிர்ப்பு Rsh ஆகியவற்றைக் கருத்தில் கொண்டால், சூரிய மின்கலத்தின் தற்போதைய மின்னழுத்த உறவை இவ்வாறு எழுதலாம்:

தொடர் எதிர்ப்பு மற்றும் ஷண்ட் ரெசிஸ்டன்ஸ் ஆகிய இரண்டின் விளைவுகளையும் சுருக்கமாக, நிரப்பு காரணி என்று அழைக்கப்படும் ஒரு அளவுருவை மட்டுமே நாம் பயன்படுத்த முடியும். என வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது:

தொடர் மின்தடையம் இல்லை என்றால் நிரப்பு காரணி அதிகபட்சமாக இருக்கும் மற்றும் ஷண்ட் எதிர்ப்பு எல்லையற்றதாக இருந்தால் (கசிவு மின்னோட்டம் இல்லை) என்பது வெளிப்படையானது. தொடர் எதிர்ப்பின் அதிகரிப்பு அல்லது ஷன்ட் எதிர்ப்பின் குறைவு நிரப்பு காரணியைக் குறைக்கும். இந்த வழியில்,. சூரிய மின்கலங்களின் செயல்திறனை மூன்று முக்கிய அளவுருக்கள் மூலம் வெளிப்படுத்தலாம்: திறந்த சுற்று மின்னழுத்தம் Voc, ஷார்ட் சர்க்யூட் கரண்ட் Isc, மற்றும் FF காரணி நிரப்புதல்.

வெளிப்படையாக, ஒரு சூரிய மின்கலத்தின் செயல்திறனை மேம்படுத்த, அதன் திறந்த சுற்று மின்னழுத்தம், குறுகிய சுற்று மின்னோட்டம் (அதாவது, ஒளிமின்னழுத்தம்) மற்றும் நிரப்பு காரணி (அதாவது, தொடர் எதிர்ப்பு மற்றும் கசிவு மின்னோட்டத்தைக் குறைத்தல்) ஆகியவற்றை ஒரே நேரத்தில் அதிகரிக்க வேண்டியது அவசியம்.

ஓபன் சர்க்யூட் மின்னழுத்தம் மற்றும் ஷார்ட் சர்க்யூட் மின்னோட்டம்: முந்தைய சூத்திரத்தின்படி, சூரிய மின்கலத்தின் திறந்த சுற்று மின்னழுத்தம் ஒளிச்சேர்க்கை மற்றும் நிறைவுற்ற கலத்தால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. குறைக்கடத்தி இயற்பியலின் கண்ணோட்டத்தில், திறந்த சுற்று மின்னழுத்தம், ஸ்பேஸ் சார்ஜ் பகுதியில் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகளுக்கு இடையிலான ஃபெர்மி ஆற்றல் வேறுபாட்டிற்கு சமம். ஒரு சிறந்த Pn டையோடின் செறிவூட்டல் மின்னோட்டத்தைப் பொறுத்தவரை, நீங்கள் பயன்படுத்தலாம்:

வெளிப்படுத்த. இதில் q0 என்பது யூனிட் கட்டணத்தைக் குறிக்கிறது, ni என்பது குறைக்கடத்தியின் உள்ளார்ந்த கேரியர் செறிவைக் குறிக்கிறது, ND மற்றும் NA ஒவ்வொன்றும் நன்கொடையாளர் மற்றும் ஏற்பியின் செறிவைக் குறிக்கிறது, Dn மற்றும் Dp ஒவ்வொன்றும் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகளின் பரவல் குணகத்தைக் குறிக்கிறது, மேலே உள்ள வெளிப்பாடு n என்று கருதுகிறது. - வகைப் பகுதி மற்றும் p-வகைப் பகுதி இரண்டும் அகலமாக இருக்கும் வழக்கு. பொதுவாக, p-வகை அடி மூலக்கூறுகளைப் பயன்படுத்தும் சூரிய மின்கலங்களுக்கு, n-வகைப் பகுதி மிகவும் ஆழமற்றது, மேலும் மேலே உள்ள வெளிப்பாடு மாற்றியமைக்கப்பட வேண்டும்.

சூரிய மின்கலத்தை ஒளிரச் செய்யும் போது, ​​ஒரு ஒளி மின்னோட்டம் உருவாகிறது என்றும், சூரிய மின்கலத்தின் தற்போதைய மின்னழுத்த உறவில் ஒளிமின்னழுத்தம் என்பது மூடிய-சுற்று மின்னோட்டமாகும் என்றும் முன்னர் குறிப்பிட்டோம். ஒளி மின்னோட்டத்தின் தோற்றத்தை இங்கே சுருக்கமாக விவரிப்போம். ஒரு யூனிட் நேரத்திற்கு யூனிட் வால்யூமில் உள்ள கேரியர்களின் தலைமுறை விகிதம் (அலகு m -3 s -1 ) ஒளி உறிஞ்சுதல் குணகத்தால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது, அதாவது

அவற்றில், α என்பது ஒளி உறிஞ்சுதல் குணகத்தைக் குறிக்கிறது, இது நிகழ்வு ஃபோட்டான்களின் தீவிரம் (அல்லது ஃபோட்டான் ஃப்ளக்ஸ் அடர்த்தி), மற்றும் R என்பது பிரதிபலிப்பு குணகத்தைக் குறிக்கிறது, எனவே இது பிரதிபலிக்காத நிகழ்வு ஃபோட்டான்களின் தீவிரத்தைக் குறிக்கிறது. ஒளி மின்னோட்டத்தை உருவாக்கும் மூன்று முக்கிய வழிமுறைகள்: p-வகை பகுதியில் சிறுபான்மை கேரியர் எலக்ட்ரான்களின் பரவல் மின்னோட்டம், n-வகை பகுதியில் சிறுபான்மை கேரியர் துளைகளின் பரவல் மின்னோட்டம் மற்றும் விண்வெளி சார்ஜ் பகுதியில் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகளின் சறுக்கல். தற்போதைய. எனவே, ஒளி மின்னோட்டத்தை தோராயமாக இவ்வாறு வெளிப்படுத்தலாம்:

அவற்றுள், Ln மற்றும் Lp ஒவ்வொன்றும் p-வகைப் பகுதியில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் பரவல் நீளத்தையும் n-வகைப் பகுதியில் உள்ள துளைகளையும் குறிக்கின்றன, மேலும் இது ஸ்பேஸ் சார்ஜ் பகுதியின் அகலமாகும். இந்த முடிவுகளை சுருக்கமாக, திறந்த சுற்று மின்னழுத்தத்திற்கான எளிய வெளிப்பாட்டைப் பெறுகிறோம்:

Vrcc என்பது ஒரு யூனிட் தொகுதிக்கு எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளின் மறுசீரமைப்பு வீதத்தைக் குறிக்கிறது. நிச்சயமாக, இது ஒரு இயற்கையான முடிவு, ஏனென்றால் திறந்த சுற்று மின்னழுத்தம் ஸ்பேஸ் சார்ஜ் பகுதியில் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகளுக்கு இடையிலான ஃபெர்மி ஆற்றல் வேறுபாட்டிற்கு சமம், மேலும் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகளுக்கு இடையிலான ஃபெர்மி ஆற்றல் வேறுபாடு கேரியர் உருவாக்க விகிதம் மற்றும் மறுசீரமைப்பு வீதத்தால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. .