Komplexný úvod a prehľad solárnych článkov

I. Komplexná analýza solárnych článkov
Solárne články ako zariadenie, ktoré prevádza slnečnú energiu na elektrickú energiu, v posledných rokoch pritiahli veľkú pozornosť. Jeho pracovný princíp je založený na fotoelektrickom efekte. Absorbovaním fotónov na slnečnom svetle sú stimulované elektróny a diery a potom sa generuje prúd. Solárne články majú výhody, že sú šetrné k životnému prostrediu, obnoviteľné a bez znečistenia a používajú sa v mnohých oblastiach, ako sú domy, priemyselné odvetvia a preprava. Ďalej poskytneme komplexný úvod a prehľad solárnych článkov.

 

II. 1. Prehľad solárnych článkov
Slnečná energia, ktorá zaberá základnú pozíciu v obnoviteľnej energii, odvodzuje svoju energiu zo slnečného svetla, ktoré poznáme. Energia biomasy, veterná energia, oceánska energia a vodná energia, tieto zdanlivo rozmanité energetické formy, v skutočnosti všetky sledujú zdroj slnečnej energie. Všeobecne povedané, solárna energia pokrýva všetku vyššie uvedenú obnoviteľnú energiu. Keď konkrétne označujeme slnečnú energiu ako o obnoviteľnom zdroji energie, zvyčajne sa odvoláme na priamu konverziu a využitie slnečnej energie.

Technológia slnečného tepelného využitia, tj účinná premena energie slnečného žiarenia na tepelnú energiu prostredníctvom konverzného zariadenia a potom použitie tejto tepelnej energie na výrobu elektriny. Podobne je dôležitou technológiou aj technológia výroby solárnej fotovoltaickej výroby energie, tj proces premeny energie slnečného žiarenia na elektrickú energiu. V tejto oblasti zohrávajú hlavnú úlohu fotoelektrické konverzné zariadenia, ako napríklad princíp fotovoltaického efektu polovodičových zariadení.

V 50. rokoch 20. storočia sa oblasť využívania slnečnej energie vyvolala dôležitým technologickým skokom. V roku 1954 spoločnosť Bell Laboratories v Spojených štátoch úspešne vyvinula 6% praktickú jednorazovú kremíkovú bunku, ktorá položila základ pre praktickú aplikáciu solárnych článkov. V roku 1955 Tabor z Izraela navrhol dôležitú teóriu selektívneho absorpčného povrchu a na základe tejto teórie vyvinula efektívny selektívny slnečný absorpčný povlak, ktorý ďalej podporoval vývoj technológie využívania solárnej energie.

Okrem toho solárne články tiež ukazujú svoje jedinečné vlastnosti. Je podobný obrovskému spojeniu PN, ktorý môže efektívne premeniť slnečnú energiu na elektrickú energiu. Za štandardných podmienok osvetlenia môžu solárne články generovať menovité výstupné napätie 0. 48V. Zároveň má tiež všetky charakteristiky križovatky PN, čo jej umožňuje nepretržite vyrábať elektrinu pod slnečným žiarením.

V praktických aplikáciách sú moduly solárnych článkov obvykle spojené viacerými solárnymi článkami a používajú sa pri svietidlách a iných zariadeniach. Tieto komponenty majú záporný koeficient teploty, to znamená, že napätie klesne o 2 mV pre každé zvýšenie teploty stupňa. Zároveň majú tiež kľúčové parametre, ako je ISC (skratový prúd), IM (špičkový prúd), VOC (napätie otvoreného obvodu), VM (špičkové napätie) a PM (maximálny výkon), ktoré sú nevyhnutné pre normálnu prevádzku a optimalizáciu systému.

Za zmienku stojí, že stav slnečného obvodu alebo skratu slnečného článku ho nepoškodí. V skutočnosti používame túto funkciu na riadenie nabíjania a vypúšťania systémovej batérie. Táto metóda inteligentnej kontroly ďalej zaisťuje stabilitu a trvanlivosť solárnych článkov.
Výstupný výkon WP solárneho článku sa meria za štandardných slnečných podmienok. Táto podmienka sa riadi štandardom Európskej komisie 101, vrátane intenzity žiarenia 1 000 W\/m2, vzduchovej hmotnosti AM1,5 a teploty batérie 25 stupňov. V praktických aplikáciách sú takéto podmienky približne rovnocenné so slnečným žiarením okolo poludnia za slnečného dňa. Mnoho ľudí však mylne verí, že pokiaľ existuje slnečné svetlo, solárny článok môže generovať menovitú výstupnú silu a dokonca si myslí, že sa dá normálne používať pod žiarivkami v noci. V skutočnosti sa výstupný výkon solárnych článkov dynamicky mení a je ovplyvnený mnohými faktormi, ako je čas a miesto. Výstupný výkon toho istého solárneho článku sa preto bude líšiť v rôznych časoch a miestach.

 

III. 2. Fotovoltaický efekt
Fotovoltaický efekt alebo fotovoltaický efekt skratky sa týka javu potenciálneho rozdielu medzi rôznymi časťami nehomogénneho polovodiča alebo kombináciou polovodiča a kovu pri osvetlení. Solárne články používajú tento účinok na premenu slnečného žiarenia na elektrickú energiu prostredníctvom princípu fotoelektrickej konverzie. Tento proces fotoelektrickej konverzie sa nazýva „fotovoltaický efekt“, takže solárne bunky sa tiež nazývajú „fotovoltaické bunky“.

Materiál polovodiča používaný pre solárne články je špeciálna látka, ktorej vlastnosti sú medzi vodičmi a izolátormi. Podobne ako v atómoch bežných látok, atómy polovodičov sa skladajú z pozitívne nabitých jadier a negatívne nabitých elektrónov. Ako príklad, keď vezmete polovodičový kremík, má vonkajšiu vrstvu atómov 4 elektróny, ktoré sa pohybujú okolo jadra na pevných dráhach. Ak sú nadšené externou energiou, tieto elektróny sa odtrhnú od obežnej dráhy a stanú sa voľnými elektrónmi, pričom v pôvodnej polohe zostane „otvor“.

V čistých kryštáloch kremíka je počet voľných elektrónov a otvorov rovnaký. Tým, že doping s špecifickými prvkami, ako je bór a gallium, sa však môžu zmeniť vodivé vlastnosti kremíka. Tieto prvky môžu zachytiť elektróny a premeniť kremík na polovodič typu otvoru, ktorý predstavuje symbol P; Zatiaľ čo pridanie prvkov, ako je fosfor a arzén, zmení kremík na polovodič elektrónového typu, ktorý predstavuje symbol N. Keď sa tieto dva polovodiče kombinujú, ich rozhranie bude tvoriť križovatku PN. Je to tento spoj PN, ktorý predstavuje jadro solárneho článku. Je to ako bariéra, ktorá brzdí voľný pohyb elektrónov a dier.

Keď je solárny článok vystavený slnečnému žiareniu, elektróny absorbujú svetlo energiu a presúvajú sa do oblasti typu N, čo spôsobí negatívne nabitie oblasti N-typu; Zároveň sa diery presúvajú do oblasti typu p, vďaka čomu je región typu p pozitívne nabitý. Týmto spôsobom sa na oboch koncoch križovatky PN generuje elektromotívna sila, bežne známa ako napätie. Ak sú kovové drôty privarené k vrstve typu p a vrstve typu n a záťaž je pripojené, prúd bude prúdiť v externom obvode. Pripojením viacerých takýchto prvkov batérie v sérii a paralelne je možné generovať požadované napätie a prúdový výstup.

V súčasnosti je najzrelejším a komerčne hodnotným solárnym článkom kremíkový solárny článok.
Solárne články, zariadenie, ktoré účinne prevádza slnečnú energiu na elektrickú energiu prostredníctvom fotovoltaického efektu, majú základnú štruktúru, ako je znázornené na obrázku vyššie. Keď dva rôzne typy polovodičových materiálov, typu N a P-type, prichádzajú do styku medzi sebou, na svojom rozhraní sa vytvorí vstavané elektrické pole smerujúce od typu p po typ typu N v dôsledku difúzie a účinkov unášania. Keď slnečné svetlo svieti na povrchu solárneho článku, fotóny s energiou presahujúcou bandgap nadchnú páry elektrónov a otvorov. Títo nevyvážení nosiče menšín sú účinne oddelení pri pôsobení vnútorného elektrického poľa a nahromadené v kladných a negatívnych elektródach batérie, čím poskytujú stabilný prúdový výstup pre vonkajšie zaťaženie.

 

Iv. 3. Vývojový trend kryštalických kremíkových solárnych článkov
Kryštalické kremíkové solárne články sa vyvíjajú v smere vysokej účinnosti a tenkého filmu. Pokiaľ ide o vysokoúčinné monokryštalické kremíkové bunky, bunka kontaktu Back Point (PCC) na Stanfordskej univerzite, priepastovaná bunka emitorov (PESC, PERC, PERL) z University of New South Wales (UNSW) a lokalizovaná bunka zadného povrchu (LBSF) bunky Fraumhofer Institute pre Solar Energy v Nemecku sú všetky vynikajúce. V rovnakom čase pritiahli veľkú pozornosť aj polykryštalické vysokoúčinné bunky kremíka. Výhodou je, že môžu priamo pripraviť veľkú štvorcovú ingoty kremíka vhodné na rozsiahlu výrobu, s jednoduchým vybavením a výrobným procesom šetriacim energiu. Aj keď účinnosť polykryštalických kremíkových buniek je ovplyvnená hranicami materiálu a zŕn, jej výkon sa výrazne zlepšil prijatím technológií, ako je Gettering, pasivácia a zadné pole. Medzi nimi je konvenčný proces hliníka vytváraný spekaním po odparení hliníkového filmu na zadnej strane bunky, ktorý nielen zjednodušuje výrobný proces, ale tiež pomáha zlepšovať účinnosť bunky. Pasivácia vodíka, ako účinná metóda na zlepšenie kvality polykryštalického kremíka, môže významne znížiť defekty, ako sú visiace väzby v kremíkovom tele, prostredníctvom implantácie iónov alebo plazmy. Zároveň je na povrchu polykryštalických kremíkových solárnych článkov PECVD potiahnutá vrstva kremíkového antitridového filmu proti inklácii nitridu, ktoré môžu tiež dosiahnuť pasiváciu vodíka polykryštalického kremíku. Okrem toho sa technológia pasivácie povrchovej kyslíka široko používa vo vysokoúčinných solárnych článkoch, najmä v kryštalických kremíkových materiáloch fotovoltaického stupňa, kde je tento účinok zrejmý. Tepelná oxidácia je jedným z bežne používaných technických prostriedkov a oxidácia povrchu PECVD pri nižšej teplote tiež vykazuje určitý potenciál.
Povrchové ošetrenie polykryštalických kremíkových solárnych článkov

V dôsledku prítomnosti viacerých kryštálových orientácií na povrchu polykryštalických kremíkových solárnych článkov je ťažké získať ideálnu zamatovú štruktúru leptaním ako jednokryštálový kremík s (100) kryštálovou orientáciou. Preto sa vedci zaviazali skúmať rôzne metódy povrchovej liečby na dosiahnutie účelu antireflexie. Spomedzi nich môže použitie viacvranatých mletých kolies na drážku povrchu kremíkových doštičiek skrátiť časový čas 10 cm × 10 cm kremíkových doštičiek na 30 sekúnd, čo ukazuje určitý praktický potenciál.

Okrem toho je pórovitý kremík tiež považovaný za praktickú alternatívu pre protireflexné filmy pre polykryštalické kremíkové solárne bunky. Jeho antireflexný účinok je porovnateľný s účinkom dvojitých protireflexných filmov, čím sa zvyšuje účinnosť polykryštalických kremíkových buniek na 13,4%.

Výskum a rozvoj tenko-filmových batérií

Aby sa ďalej znížilo náklady na solárne články, fotovoltaické pole naďalej skúma výskum a vývoj tenkých filmových batérií. V súčasnosti boli úspešne vyvinuté amorfné kremíkové tenké batérie, batérie sulfidu gália (CDTE) a batérie selenidu (CI) medi (CIS). Najmä amorfné kremíkové batérie majú relatívne jednoduchý proces prípravy a nízke náklady a venovala sa rozsiahla pozornosť.

 

Balenie solárnych článkov

Balená forma solárnych článkov je rozhodujúca pre pracovnú životnosť batérie. V súčasnosti sa laminačný proces stal hlavným prúdom, ktorý môže zabezpečiť pracovnú životnosť solárnych článkov viac ako 25 rokov. Naopak, hoci počiatočný vzhľad zapuzdrenia odkvapkávania je krásny, pracovný život solárneho článku je obmedzený na 1 až 2 roky. Preto pre aplikácie, ako sú napríklad nízkoenergetické solárne svetlá trávnika, ktoré nevyžadujú vysokú životnosť, je možné použiť kvapkanie zapuzdrenia; Zatiaľ čo pre slnečné svetlá s jasnou životnosťou sa odporúča zvoliť laminovaný formulár zapuzdrenia. Okrem toho sa na kvapkanie solárnych článkov používa aj nový typ silikónového gélového materiálu a jeho pracovný život sa hovorí, že je až 10 rokov.

 

Klasifikácia fotovoltaických systémov výroby energie

Systémy na výrobu fotovoltaickej výroby energie sa dajú rozdeliť na dva typy: nezávislé a prepojené mriežky. Nezávislé systémy generovania fotovoltaickej energie sa používajú hlavne vo vzdialených oblastiach alebo oblastiach bez pokrytia mriežky; zatiaľ čo systémy na výrobu energie pripojeného k mriežke sú pripojené k mriežke a vygenerovaná elektrina sa môže priamo vkladať do mriežky.

1. Nezávislé systémy na výrobu energie solárnej striedavej energie zvyčajne obsahujú nasledujúce základné komponenty:

Pole solárnych článkov: Pozostáva z modulov solárnych článkov usporiadaných a pripojených špecifickým spôsobom, ktoré sú podporované zátvorkami a základmi.

Batéria na ukladanie energie: Môže byť vybraná podľa skutočných potrieb a môže byť rôznymi typmi nabíjateľných batérií.

Ovládač: Je osobitne zodpovedný za riadenie procesu nabíjania solárneho článku na batériu na ukladanie energie. Má viac funkcií ochrany na zabezpečenie bezpečnej a stabilnej prevádzky systému.
Invertor: Zariadenie, ktoré prevádza jednotku jednosmerného prúdu poskytovaného batériou na ukladanie energie do požadovaného striedavého napájania. Napríklad v Číne je výstupné napätie 220 V a frekvencia je 50 Hz.
Distribučné box a spojovacie vodiče: Zodpovedné za pripojenie rôznych komponentov systému a správu výstupného výkonu.

 

2. Nezávislý systém výroby energie Solar DC
Zvyčajne obsahuje nasledujúce základné komponenty:

Pole solárnych článkov: Skladá sa z modulov solárnych článkov usporiadaných a pripojených špecifickým spôsobom, ktoré sú pevne podporované zátvorkami a základmi.

Batéria na ukladanie energie: Je vybraná podľa skutočných potrieb používania a môže obsahovať rôzne typy nabíjateľných batérií.

Ovládač: Je špecificky zodpovedný za monitorovanie a reguláciu procesu nabíjania poľa solárnych článkov na batériu na ukladanie energie. Jeho vstavané viacnásobné ochranné funkcie sú navrhnuté tak, aby zabezpečili nepretržitú bezpečnú a stabilnú prevádzku systému.

Distribučné box a spojovacie vodiče: Zodpovedné za pripojenie rôznych komponentov v systéme navzájom a efektívne riadenie výstupného výkonu.

 

3. Systém generovania solárnej striedavej energie spojenej s mriežkou
Systém generovania energie so solárnym striedavým striedavým striedavým prúdom zvyčajne obsahuje tieto komponenty:

Pole solárnych článkov: Skladá sa z modulov solárnych článkov usporiadaných a pripojených špecifickým spôsobom, ktoré sú pevne podporované zátvorkami a základmi.

Batéria na ukladanie energie: Vyberte podľa skutočných potrieb používania, ktoré môžu obsahovať rôzne typy nabíjateľných batérií.

Ovládač: Zodpovedný za monitorovanie a riadenie procesu nabíjania solárneho poľa na batériu na ukladanie energie. Jeho vstavané viacnásobné ochranné funkcie zabezpečujú nepretržitú bezpečnú a stabilnú prevádzku systému.

Invertor pripojený k mriežke: Prevedie DC napájanie batérie na ukladanie energie na požadovaný striedavý prúd, ako je napríklad 220V50Hz bežne používaný v Číne.

Distribučné box a spojovacie vodiče: Zodpovedné za pripojenie a správu výstupného výkonu rôznych komponentov v systéme.

Okrem toho sú systémy solárneho osvetlenia tiež dôležitou oblasťou aplikácie. Návrh solárnych žiaroviek musí zvážiť špecifické podmienky oblasti používania. Vo východnej Číne je primeraný pomer medzi menovitým výstupným výkonom modulov solárnych článkov a vstupnou silou žiaroviek asi 2 ~ 4: 1 a špecifický pomer závisí od pracovného času žiaroviek a osvetľovacích potrieb nepretržitých daždivých dní. Kľúčovým spojením je aj inštalácia solárnych článkov. Jeho uhol a smer náklonu ovplyvnia výstupný výkon a životnosť servisu. V dolných dosahoch rieky Yangtze je ideálny uhol sklonu solárnych článkov asi 40 stupňov, čím smeruje na juh. Zároveň, aby sa zabránilo takzvanému „efektu tepelného ostrova“, to znamená, že jeden solárny článok môže byť po blokovaní poškodený tepla, solárny modul zložený z viacerých solárnych článkov sa skutočne používa a odoberia sa opatrenia, ako je naklápanie a inštalácia kolíkov odolných voči vtákom.

Bez ohľadu na štýl a silu solárnych žiaroviek je rozhodujúci obvod na reguláciu náboja a výboja, jednou z jeho základných komponentov. Aby sa zabezpečila trvanlivosť batérie, musia sa jej podmienky nabíjania a vypúšťania prísne kontrolovať, aby sa zabránilo nadmernému nabíjaniu a hlbokému výboju. Okrem toho, v dôsledku veľkého kolísania vstupnej energie systému na výrobu energie solárnej fotovoltaickej energie je nabíjanie batérie v systéme generovania fotovoltaickej energie komplikovanejšie ako v prípade bežných batérií. Výkon solárnych žiaroviek často závisí od návrhu a implementácie obvodu regulácie náboja a výboja. Ak nie je nedostatok vysokovýkonného obvodu na reguláciu náboja a vypúšťania, je ťažké zaručiť výkon solárnych žiaroviek.

 

V kontexte rozšírenej aplikácie výroby solárnej fotovoltaickej energie je obzvlášť dôležitý výber batérií olovených na olovo na ukladanie energie. Od rozsiahlych solárnych fotovoltaických projektov v Európe a Spojených štátoch až po projekt Guangmingu mojej krajiny, výroba solárnej fotovoltaickej energie preukázala silnú rozvojovú dynamiku. Vďaka pokroku fotovoltaickej technológie a popularizáciou lacných fotovoltaických modulov, aplikačné scenáre, ako sú solárne žiarovky, fotovoltaické elektrárne a zdroje fotovoltaického energie pre domácnosť, predložili vyššie požiadavky na batérie. V súčasnosti sa zapečatené olovo-kyslé batérie regulované ventilom, koloidné olovo-kyslé batérie a batérie bez údržby sa stali hlavnými zdrojmi energie v továrni energie vo fotovoltaických systémoch. Odolnosť týchto batérií je rozhodujúca na zabezpečenie stabilnej prevádzky systému. Tento článok sa zameria na vplyv teploty na výdrž batérie a kapacitu v prírodných prostrediach a na zodpovedajúce riešenia a zároveň hlboko analyzuje kľúčové body výberu batérií o vodítkach energie.

 

5. Vplyv teploty na životnosť batérií olovených
VRLA olovené batérie sú veľmi citlivé na zmeny teploty. Podľa princípu Arinius, keď teplota prekročí 40 stupňov, jej život sa zníži na polovicu na každé zvýšenie 10 stupňov. Medzi hlavné dôvody konca výdrže batérie patrí sušenie elektrolytu kyseliny sírovej, tepelné utiecť a vnútorný skrat.

Sušenie elektrolytu kyseliny sírovej je jedným z kľúčových faktorov ovplyvňujúcich životnosť olovených batérií. Sušenie kyseliny spôsobí, že kapacita batérie sa úplne zníži alebo dokonca zlyhá, čo je problém jedinečný pre batérie s olovom. Možné dôvody zahŕňajú nízku účinnosť rekombinácie plynu, vývoj vodíka a kyslíka a odparovanie vody, presakovanie vody vo vnútri škrupiny batérie, nesprávny návrh regulačného ventilu a nesúlad medzi nabíjacím zariadením a napätím batérie. Je potrebné poznamenať, že s rastúcou teplotou okolia sa zrýchli rýchlosť straty vody spôsobená tromi faktormi (2), (3) a (4), čím sa zrýchli zlyhanie sucha batérie olovom.

Okrem toho je tepelný útek tiež hlavnou výzvou, ktorej čelia olovo-kyslé batérie. Počas procesu nabíjania a vypúšťania batéria generuje teplo. Ak nie je vypustená v čase, teplota batérie bude naďalej stúpať. Najmä pri práci vo vysokoteplotnom prostredí je teplo akumulované vo vnútri batérie ťažšie rozptýliť, čo môže viesť k prehriatiu, zvýšené straty vody, zvýšený vnútorný odpor a začarovaný cyklus, postupne sa vyvíja na tepelný útek a nakoniec spôsobuje zlyhanie batérie.

 

VRLA olovené batérie majú mimoriadne zlú tepelnú vodivosť a extrémne malú tepelnú kapacitu vďaka svojej jedinečnej návrhu zostavy chudej tekutiny a 10% pórov v odlučovači. Vďaka tomu sú batérie olovo VRLA olovené na tepelné úteky v prostredí s vysokou teplotou. Pretože množstvo plynu vypusteného bezpečnostným ventilom je obmedzené, je ťažké odobrať teplo vo vnútri batérie. Akonáhle dôjde k tepelnému úteku, batéria bude vážne deformovaná, prasknutá a úplne zlyhá.

Na druhej strane, vnútorný skrat je tiež príčinou poruchy batérie olovo. Je to hlavne spôsobené degradáciou a starnutím membránového materiálu, vylučovaním a expanziou aktívneho materiálu alebo penetráciou membrány dendritami generovanými počas procesu nabíjania. Po hlbokom výboji je adsorpčný separátor batérie náchylný na zamatové alebo dispergované zrážanie alebo tvorbu dendritov, čo vedie k mikro-šortovým obvodom pozitívnych a negatívnych platní.
V dôsledku negatívneho redundantného dizajnu elektródových batérií VRLA je účinnosť nabíjania negatívnej elektródy vyššia ako účinnosť pozitívnej doštičky v skorých a stredných štádiách nabíjania, takže negatívna elektróda najprv vytvorí dostatok zamatového olova, ktorý vedie k rekombinačnej reakcii kyslíka. Vo výrobnom procese batérií sa degradácia výkonu batérie môže spomaliť riadením množstva záporného elektródového aktívneho materiálu.
Okrem toho sa v batériách olovených batérií bežne používajú prísady, ako sú kovové soli alebo oxidy, ako sú zinok, kadmium, lítium, kobalt, meď a horčík, bežne používajú v batériách olovených na olovo. Tieto prísady pôsobia ako silné elektrolyty a ich ióny migrujú počas vypúšťania do zápornej elektródy. Tieto kovové ióny majú chemický koordinačný účinok, ktorý môže znížiť pravdepodobnosť tvorby sulfátu olova. Aj keď sa vytvorí sulfát olovo, jeho štruktúra je relatívne mäkká a ľahšie zjemňuje alebo sa zníži.

Pri použití batérie sa pokúste udržať stabilnú teplotu a vyhnúť sa drastickým zmenám teploty, aby ste znížili možnosť zrážania dendritu. Stručne povedané, vysoká teplota urýchli stratu a sušenie vody na batériu, tepelný útek, pozitívnu koróziu mriežky a deformáciu, zatiaľ čo nízka teplota môže spôsobiť negatívne zlyhanie pasivácie elektród. Kolísanie teploty urýchli vnútorný skrat batérií olovených a tieto faktory budú mať nepriaznivý vplyv na výdrž batérie.

 

Vi. Vplyv teploty na kapacitu batérie na olovo

I) Prvý typ straty včasnej kapacity, označovaný ako pcl-ⅰ

Hlavným vinníkom náhleho poklesu kapacity batérie olovo je bariérová vrstva. Táto bariéra je odvodená z defektov regenerácie a polovodičového účinku zliatiny PB-CA-SN-AL. Vytvára jednosmernú vodivú bariéru medzi pozitívnym aktívnym materiálom elektród a mriežkou. Táto bariérová vrstva sa skladá z komplexných kryštálov s polovodičovými vlastnosťami a je citlivá na teplotu. Zlepšením procesu dopingu polovodiča, ako sú zliatiny batérií a prísady oloveného pasty, sme úspešne zlepšili vodivosť využitím citlivosti polovodičových kryštálov na čistotu, čím sme účinne zmiernili tento režim zlyhania.

 

Ii) Druhý typ straty včasnej kapacity, označovaný ako pcl-ⅱ

Skutočným vinníkom pomalého poklesu kapacity batérie olova nie je spoločná korózia mriežky, síra alebo aktívny odlievanie materiálu, ale rozširovanie poréznych aktívnych materiálov. Táto expanzia je obzvlášť zrejmá v procese zmäkčovacieho procesu PBO2 → PBSO4, čo nielenže spôsobuje, že pozitívny aktívny materiál je mäkký a komplexná štruktúra sa poškodí, ale postupne spôsobuje, že aktívny materiál zjemňuje a spadne, čo zase spôsobuje, že pozitívna doska stráca kapacitu pomalšou rýchlosťou.

 

Iii) Tretí typ straty včasnej kapacity, označovaný ako pcl-ⅲ

Problém, že batérie olovených kyselín nie sú schopné nabíjať často, často pramení zo zníženia alebo straty aktivity negatívnych prísad elektród. To môže viesť k ťažkostiam pri nabíjaní, zlej akceptácii a nedostatočnému dobíjaniu a nakoniec viesť k síranu dna 1\/3 negatívnej dosky.

Za podmienok vysokej teploty sa negatívne elektródové prísady rozkladajú alebo sa rozpustia v elektrolyte, čo vedie k skorým stratám a potom pasivácii záporného olova zamatu elektród. Naopak, za podmienok s nízkou teplotou v dôsledku zníženej rozpustnosti, aj keď je vybíjací prúd rovnaký ako koncentrácia pri nízkej teplote a rýchlosť vybíjania zostáva nezmenená, saturácia sa zvýši relatívne k nízkej rovnovážnej rozpustnosti. Nízka teplota navyše zvýši viskozitu kyslého roztoku a zníži rýchlosť difúzie kyseliny, čím sa zvýši vnútorný odpor batérie a ovplyvní jej vysokorýchlostný výkon prenosu hmotnosti.

 

Hrúbka pasivačnej vrstvy úzko súvisí s veľkosťou kryštálu, pórovitosťou a pórovou štruktúrou sulfátu olova, ktoré úzko súvisia so rozpustnosťou síranu olova a saturáciou roztoku na povrchu elektródy olova. Pri nízkej teplote, vysokej hustote prúdu a koncentrácii kyseliny sírovej bude saturácia roztoku na povrchu negatívnej elektródy príliš vysoká, čo bude mať za následok zhrubnutie pasivačnej vrstvy, čo môže ľahko spôsobiť zlyhanie batérie v dôsledku problémov s vypúšťaním. V tejto chvíli sa negatívna doska nemožno nabíjať ani prepustiť.

Mechanizmus a stupeň vplyvu teploty na vyššie uvedené faktory zahŕňajú teórie z viacerých disciplín, vrátane elektrochemickej termodynamiky, elektrochemickej kinetiky atď. Je potrebné poznamenať, že vysoká teplota spôsobuje zlyhanie oxidácie prísad v batérii, čo následne spôsobuje, že aktívny materiál spadne a zrýchľuje včasnú kapacitu rozkladu batérie. Tento rozklad nakoniec skráti životnosť batérie olovom a zníži jej spoľahlivosť.

 

Okrem toho je problém, ktorý nemožno ignorovať, korózia pozitívnej platne. Podľa princípu chemickej termodynamiky, čím vyššia je teplota okolia, tým väčšia je hĺbka výboja batérie olovo a čím vyššia je hustota elektrolytov, ktorá zase zhoršuje koróziu mriežky. Dlhodobé skladovanie zahusťuje koróznu vrstvu sprevádzanú deformáciou a natiahnutím mriežky, čo vedie k zníženiu pevnosti v ťahu mriežky. Keď aktívny materiál spadne alebo je korózny produkt príliš hrubý, zvýši sa odpor mriežky, čo ovplyvní kapacitu batérie. Akonáhle kapacita batérie klesne o 20%, možno ju posudzovať ako zlyhanie.

Stručne povedané, ako elektrochemická nádoba je batéria veľmi citlivá na zmeny teploty okolia. Okolitá teplota ovplyvňuje nielen životnosť batérie, ale má priamy vplyv na jej kapacitu. Obaja sú vzájomne prepojené a neoddeliteľné.

Vývoj koloidných olovených batérií (batérie olovo regulované ventilom)
V posledných rokoch sa v oblasti solárnych žiaroviek široko používajú olovo-kyselinové batérie. Keď však batérie s olovom VRLA pracujú okolo hodín v prírodných prostrediach, ich odolnosť proti počasiu čelí výzvam, najmä v teplotnom rozsahu -20 stupňa ~ 40 stupňov. Aby sme vyriešili tento problém, úspešne sme vyvinuli koloidnú batériu s lepším odporom počasia, ktorej rozsah prevádzkovej teploty môže dosiahnuť -40 stupeň ~ 60 stupňov, čím sa ďalej rozširuje rozsah aplikácie batérií olovených.

 

Kolidná batéria olovo-kyselinová batéria prijíma jedinečnú schému navrhovania bohatého kvapaliny a jej kyslá kvapalina sa zvýši o 20% v porovnaní s batériou olovom VRLA. Batéria je naplnená gélom elektrolytu okolo pólovej skupiny a medzi nádržami, vďaka čomu má veľkú tepelnú kapacitu a vynikajúci rozptyl tepla. Okrem toho koloidná batéria tiež prekonáva vyššie uvedené tri problémy so stratou včasnej kapacity a má nasledujúce významné výhody:

 

Po prvé, používa špeciálny netriktovaný ne-gélový elektrolyt na inhibíciu zmäkčovania a vylučovania aktívneho materiálu pozitívnej dosky zvýšením tlaku zostavy (najmä tlaku na povrch kladnej platne). Dobre navrhnutý regulačný ventil súčasne zvyšuje rekombináciu kyslíka a znižuje stratu vody, čím sa rozširuje výdrž batérie.

Po druhé, mriežková štruktúra koloidnej batérie je starostlivo navrhnutá pomocou špeciálnych procesných prostriedkov a materiálových formulácií. Táto štruktúra tvorí mikropóry, zvyšuje reakčné rozhranie medzi elektródou a elektrolytom, znižuje kontaktný odpor a znižuje polarizáciu elektródy. To výrazne zlepšuje rýchlosť využitia aktívneho materiálu elektródy, účinnosť nabíjania a výboj a výstupný výkon batérie.

 

Pozitívna mriežka navyše používa kombináciu viacerých zliatin viacerých prvkov, ako je PB-CA-SN-AL-SB-ZN-CD, zatiaľ čo negatívna mriežka používa nadmerné materiály vodíka s vysokým obsahom vodíka a hliníka. Takýto dizajn nielen zlepšuje kapacitu a životnosť batérie, ale tiež zaisťuje, že kolektor zliatiny s viacerými prvkami zliatiny má vlastnosti malého vnútorného odporu a odporu korózie a vydrží dlhodobé používanie plávajúceho náboja.

 

Okrem toho sa prijatím nových technológií a zlepšením vzorca materiálu mriežky sa výrazne zlepšila odolnosť proti korózii a odolnosť proti korózii koloidnej olova. Zároveň použitie poréznych PE separátorov PE s nízkym odporom a bohatého kvapalného priestoru navrhnutého v doske zaisťuje, že kyselina nepreteká, znečisťuje prostredie alebo koroduje časti zariadení počas prevádzky batérie a môže plynulo absorbovať plynovú katódu. Tieto opatrenia na zlepšenie ďalej predlžujú životnosť batérie.

(Vi) kryt batérie obaly prijíma labyrintový typ špeciálne navrhnutý priedušný ventil v kombinácii so špeciálnymi prísadami, čo účinne znižuje stratu vody.

(Vii) Spravodlivým použitím prísad sa môže zachovať normálny stav nabíjania negatívnej elektródy, môže sa zabrániť negatívnej sulfidácii elektród a môže sa znížiť záporná elektróda. To nielen zaisťuje stabilné nabíjanie negatívnej elektródy, ale tiež znižuje potenciál polarizácie pozitívnej elektródy, čím spomaľuje koróziu pozitívnej mriežky a ďalej rozširuje životnosť batérie.

 

Ďalej preskúmame históriu vývoja a súčasný stav generovania fotovoltaickej energie. Od narodenia prvej praktickej fotovoltaickej bunky v roku 1954 dosiahla generovanie solárnej fotovoltaickej energie výrazný pokrok. Aj keď je jej rýchlosť vývoja o niečo pomalšia ako rýchlosť počítačov a optických komunikácií, rastúci dopyt po energii a obmedzenia konvenčnej energie postupne priťahovali pozornosť na tvorbu fotovoltaickej energie. Najmä ropná kríza v roku 1973 a problémy so znečistením životného prostredia v 90. rokoch podporili rýchly rozvoj technológie fotovoltaickej výroby energie. Jeho vývojový proces je možné zhrnúť do nasledujúcich fáz:
V roku 1893 francúzsky vedec Becquerel objavil „fotovoltaický efekt“ a položil základ pre vývoj fotovoltaickej technológie. Následne Adams a ďalší objavili v roku 1876 fotovoltaický účinok v tuhom stave na kovy a selénové listy, čím otvoril novú kapitolu fotovoltaickej technológie. V roku 1883 bol vyrobený prvý „selénny fotocell“ a použitý ako citlivé zariadenie v rôznych poliach.

 

Vstup do 20. storočia fotovoltaická technológia dosiahla výrazný pokrok. V roku 1930 Schottky navrhol teóriu „fotovoltaického efektu“ bariéry Cu2O, ktorá poskytla dôležitú podporu pre neskorší výskum. V tom istom roku spoločnosť Langer najskôr navrhla použiť „fotovoltaický efekt“ na výrobu „solárnych článkov“ na dosiahnutie premeny slnečnej energie na elektrickú energiu.

 

Pri prehlbovaní výskumu sa účinnosť fotovoltaických buniek neustále zlepšovala. V roku 1954 spoločnosť Chabin a Pirson úspešne urobili praktické slnečné bunky v Bell Laboratories v Spojených štátoch s účinnosťou 6%, čo naznačovalo, že fotovoltaická technológia vstúpila do novej fázy vývoja. V tom istom roku Wecker objavil fotovoltaický účinok arzenidu gália a vyrobil tenké slnečné bunky, čo ďalej podporuje vývoj technológie.

 

Následne sa krajiny venovali výskumu a rozvoju fotovoltaickej technológie. V roku 1958 sa solárne články použili prvýkrát vo vesmíre, vybavené napájaním satelitu American Pioneer 1, ktoré ukazujú jeho široké vyhliadky na aplikáciu. Pri narodení polykryštalických kremíkových solárnych článkov a operáciou kremíkových solárnych článkov spojených s mriežkou sa fotovoltaická technológia postupne stala spoľahlivým energetickým roztokom.

 

Po vstupe do 90. rokov dosiahla fotovoltaická technológia prielomový pokrok. Fotoelektrická konverzná účinnosť solárnych článkov arzenidu gália dosiahla 13%a účinnosť solárnych článkov sulfidov kadmia s obsahom tenkého filmu tiež dosiahla 8%. Úspešný vývoj ultrafialových buniek a buniek zadného poľa ďalej zlepšil účinnosť a rozsah aplikácie fotovoltaických buniek.

 

Keď sa svetová snaha o obnoviteľnú energiu stáva čoraz naliehavejšou, fotovoltaická technológia sa stala horúcou témou výskumu. Krajiny navrhli fotovoltaické plány strechy a rozvojové ciele na podporu rozšírenej aplikácie fotovoltaickej technológie. Po roku 1997 majú Spojené štáty, Japonsko a Európska únia navrhované plány Grand fotovoltaic Development, čo naznačuje, že fotovoltaická technológia sa chystá uviesť novú fázu rozvoja.

 

V súčasnosti sa aplikácia fotovoltaickej technológie stáva čoraz rozsiahlejšou, nielen zohráva dôležitú úlohu v oblasti energetiky, ale tiež poskytuje čisté a efektívne energetické riešenia pre prepravu, výstavbu a ďalšie oblasti. Pri pohľade do budúcnosti sa očakáva, že fotovoltaická technológia zaujme dôležitejšiu pozíciu v oblasti globálnej energetiky a väčšie prispieva k trvalo udržateľnému rozvoju ľudstva.