光电转换器和热电转换器对太阳能的高效作用

  半岛体育app对太阳能元件的工作原理进行了分析,指出了创建电能和热能网络能量组合高效转换器的效率,已经找到了一种用于创建

  显示了一种从光学透镜分离光的方法,使用惠更斯-菲涅耳原理计算光强度到衍射图样的计算。提出了一种新的高效组合光热转换器设计,该转换器具有太阳能元件,可在选择性光活辐射下运行,将非活性辐射转化为电辐射的过程描述了热电子转换器。

  经过多年的研究中,解决了半导体光转换器(PC)提高了太阳辐射转换为电辐射的效率问题。

  其成果定期发表在科学和科技期刊上,大量工作致力于改进制造太阳能电池(SC)的技术,许多工作通知了初始材料结构中引入的杂质,并且有太阳能电池与热电转换器(TEC)的结合取得了某些积极成果。

  然而,由于其主要原因在于转换系数,对入射辐射的光谱成分具有很强的光谱依赖性,因此到目前为止,该问题尚未得到彻底解决。

  除了太阳能电池效率的光谱依赖性之外,还存在温度依赖性问题。虽然后者是通过在太阳能转换器的设计中,增加额外的冷却器来解决的,消除太阳能源的笨重不仅是重量问题,而且在经济上也不切实际。

  创建和引入具有单独负载和选定辐射的光电热电转换器(PTEC)会产生非常积极的结果,这种转换器称为选择性辐射光热转换器(PTCSI)。

  创建PTCSI的目的,是找到仅将光辐射的光活性部分转换为光电转换器,并将其余入射,辐射转换为热电转换器的方法。在这种情况下,由于具有相应光谱组成的所有光辐射都有助于电子-空穴对的产生,没有任何东西可以加热PC体积,因此不会加热。

  对于TEC光谱的组成,实际上没有任何作用。它从吸光面的一侧吸收所有的光能,这可以通过在TEC表面涂上黑色油漆来实现。热能被转化为电能,这项研究是在乌兹别克斯坦费尔干纳的理工学院进行的。

  光转换器的工作原理是太阳光与半导体晶体相互作用的过程,过程中光子释放电子——晶体中电荷的载流子。在具有强电场的晶体体积中专门创建的区域,捕获产生的电子并将它们分开,从而使电流在器件电路中流动,并且电力是在有效载荷上释放。

  根据工作原理,现有类型的光电转换器分为两类:基于外部光电效应的光电元件(真空和充气)和具有阻挡层的半导体PC,相同的光电池称为闸阀。

  阀光电管与所有类型的光伏设备有明显的不同,这种差异在于它们在光的影响下会产生自己的电动势(EMF)。在阳光直射下,此参数的值最高可达1伏。在辐射作用下产生自身的电动势阀光电池,从而直接将辐射能转化为电能。

  当光在势垒附近产生电荷载流子时,即金属-半导体触点和pn结被照亮,会观察到栅极电动势的发生,光电管将被视为光能转化的电能转换器。

  发生通风光电动势的物理原因是,pn结的势垒将光空穴和光电子的通量分开,为了保证我们假设N区被照亮。

  在第一种情况下,照明产生的电子和空穴会扩散到晶体深处,其中一些分数,没有时间重新组合(在表面和体积中),到达PN结。

  当光产生都到达接触层时,预计光电管将有效工作。对于PN结中的主要电子载流子存在势垒,因此实际上所有载流子都将落入光辐射分解方案中的光谱。

  当所有光都通过接触层时,预计光电管将有效运行。但pn跃迁中的主要电子载流子存在势垒,几乎全部落入p区。对于少数载流子来说,没有势垒的空穴,能够到达空穴过渡的都是紧缩的过渡场进入晶体,产生大小相等的电流I

  其中S——蒸汽产生的表面温度,β——少数载流子光空穴达到跃迁而未复合的份额,F——光电池的发光面积。

  当光电池的光表面导致带负电的n区时,电流I的出现,p区带正电荷,在元件电极之间产生电势差。由于空穴注入n区和电子注入p区,这种电位差导致出现电流Ia。当pn跃迁没有复合且电流很小时,如果不考虑晶体厚度的电压降,那么电流可以描述如下:

  q—电子电荷,k―为玻尔兹曼常数,T—太阳能电池的温度。由于太阳能电池开路电极之间的这些电流,建立了电压U0,其中总电流,当电路电极与外部负载之间的电压和电流降低时,I è I q将不再相互补偿。因此,电流在电路中流动:

  表征太阳能电池的基本参数,如积分灵敏度和光谱灵敏度,不仅取决于其性能,还取决于其在特定领域的应用限制。

  光电池的积分灵敏度K是流经光电池短路的光电流的大小,该光电流落在由各种波长及其各自的太阳辐射光谱含量组成的辐射能通量单元上,该参数由下式给出:

  在弱光下,光电流流动,短路电流I кз取决于光通量,С随着F的增加,无论是否包含在光电转换器外部负载中,这种线性度都保持不变。

  光谱灵敏度Qλ表征了一定波长的辐射通量作用单元上光电流的大小,确定太阳能电池的光谱灵敏度是采取姿态短路光电流到光电池上的事件流单色辐射

  在所有情况下,准备工作的光伏电池时,对任何特定波长的光谱灵敏度值都是不够的。

  太阳能电池的特性即光谱的灵敏度分布是最常用的,光谱中光谱灵敏度的分布提供了确定和计算电流的机会,当光电池从任何来源入射光通量时,该电流在电路中流动。

  可以通过惠更斯-菲涅尔原理计算衍射图中的光强度分布,基于辐射在装置范围内的分布,可以看到多个透镜和棱镜。棱镜的作用是基于色散现象,色散现象取决于折射率φ物质对光波长λ的影响。

  暴露于光谱分配的测试辐射,S穿过间隙,到达透镜Л1上。光线入射的狭缝S,位于透镜的焦点Л 1平面内。

  从透镜射出的平行光束入射到棱镜P上,由于色散,不同波长的光以不同的角度从棱镜射出。在镜头Л2的焦平面上有一个屏幕或感光板,辐射聚焦在其上。不同波长的光中的入射狭缝像S出现在屏幕的不同位置。

  在所有由棱镜制成的固体(玻璃、石英)中,可见光范围内的折射率n随波长λ的增加而减小,因此棱镜从蓝光和紫光的原始方向偏转最强,而红光最少。现代技术可以毫不费力地将光通量从光谱中分离出来,这可以成功应用于由衍射光栅组成的高光谱类器件。

  根据该理论,平行光束的衍射发散度是波长λ与障碍物横向尺寸的比值。在这里我们可以得出一个重要的结论,即光在栅格上的衍射主峰非常窄。

  给出了如何随着光栅狭缝数量的增加来改变主峰的锐度,从衍射光栅看,主峰的位置取决于波长λ,因此,晶格能够将光分解成光谱,即它是一种光谱器件。

  有关现有光电热电换能器的更详细信息,高效组合转换器的设计和使用技术,可以在其他地方熟悉这些以前的工作。

  这种发展最初就像一个简单的光电管,对整体效率有很大贡献,但不是太多。设计更完美的光热传感器(PTC)的研究结果,其中可以解决两个重要问题:增加电值的半导体材料参数的效率转换和温度劣化的消除。

  这是在PTC的构造中实现的,其中换能器的光电和热电部分,暴露在具有不同分离光谱特性的光照下。光电转换器过热发生后,不是太阳辐射活性部分的照片。进入PEC体积的光不会完全变成电光。

  部分辐射被体积吸收,转化为热量。光电导温度升高对转换效率有负面影响,这一事实早已为人所知,有许多工作致力于半导体电物理参数的温度依赖性。

  光谱中散射光的光热变压器被照亮,使得产生电子空穴辐射落在光电转换器表面上,这是使用一组透镜和棱镜实现的,这些透镜根据惠更斯-菲涅耳原理工作。

  一组滤光片反复折射辐射,将其分为两部分,辐射的第一部分主要由短波和部分可见光谱区域组成,另一个进入热转换器(TC)的上部。

  理论计算表明它们可以包含在总负载中,有必要选择热元件分支的数量和几何尺寸,以及TE的数量。

  当热电转换器的前表面涂成黑色时,实际的热流将被发送到热电转换器的热接点,这对应于黑体吸收系数的百分之一百。

  应该指出的是,所提出的组合和转换光辐射的方法给出了高效率值,而没有显着的经济和建设成本。

  它是消除(PC)体积中的寄生热效应的独创方法,寻找提高光电转换效率的方法,研究和设计工作仍有发展前景,我们可以假设有一种方法可以回收利用光电转换的活性光太阳能集热器。

  现代太阳能集热器在找到最佳设计选项时,可以与(PC)结合使用非常成功。而在这种情况下,还有一个好处——节省了热能,这在我们这个时代并不是一个不重要的因素!

 

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