Celovit uvod in pregled sončnih celic

I. Celovita analiza sončnih celic
Sončne celice so v zadnjih letih pritegnile veliko pozornosti kot naprava, ki pretvori sončno energijo v električno energijo. Njeno delovno načelo temelji na fotoelektričnem učinku. Z absorpcijo fotonov na sončni svetlobi se stimulirajo elektroni in luknje, nato pa se ustvari tok. Sončne celice imajo prednosti, da so okolju prijazni, obnovljivi in ​​brez onesnaževanja in se pogosto uporabljajo na številnih področjih, kot so domovi, panoge in prevoz. Nato bomo dali izčrpen uvod in pregled sončnih celic.

 

Ii. 1. pregled sončnih celic
Sončna energija, ki zavzema temeljni položaj v obnovljivi energiji, svojo energijo prinaša s sončne svetlobe, ki jo poznamo. Energija biomase, vetrna energija, oceanska energija in hidroelektrarna, te na videz raznolike energijske oblike, pravzaprav vse segajo do vira sončne energije. Na splošno sončna energija zajema vso zgoraj omenjeno obnovljivo energijo. Ko sončno energijo posebej navajamo kot vir obnovljivih virov energije, se običajno sklicujemo na neposredno pretvorbo in uporabo sončne energije.

Tehnologija sončne toplotne uporabe, to je učinkovita pretvorba energije sončnega sevanja v toplotno energijo prek pretvorbene naprave in nato uporaba te toplotne energije za proizvodnjo električne energije. Podobno je pomembna tehnologija tudi sončna fotovoltaična tehnologija proizvodnje električne energije, to je proces pretvorbe energije sončnega sevanja v električno energijo. Na tem področju igrajo fotoelektrično pretvorbo, kot je načelo fotovoltaičnega učinka polprevodniških naprav.

V petdesetih letih prejšnjega stoletja je področje uporabe sončne energije sprožilo pomemben tehnološki preskok. Leta 1954 so Bell Laboratories v Združenih državah uspešno razvili 6-odstotno praktično enokristalno silicijevo celico, ki je postavila temelje za praktično uporabo sončnih celic. Leta 1955 je Tabor Izraela predlagal pomembno teorijo selektivne absorpcijske površine in na podlagi te teorije razvil učinkovito selektivno sončno absorpcijsko prevleko, ki je še spodbudila razvoj tehnologije za porabo sončne energije.

Poleg tega sončne celice kažejo tudi njihove edinstvene značilnosti. Podobno je z ogromnim PN stičiščem, ki lahko učinkovito pretvori sončno energijo v električno energijo. V standardnih svetlobnih pogojih lahko sončne celice ustvarijo nazivno izhodno napetost 0. 48V. Hkrati ima tudi vse značilnosti PN Junction, ki mu omogoča, da pod sončno svetlobo nenehno proizvaja električno energijo.

V praktičnih aplikacijah so sončni celični moduli običajno povezani z več sončnimi celicami in se uporabljajo v sončni osvetlitvi in ​​drugi opremi. Te komponente imajo negativni temperaturni koeficient, to je, da bo napetost padla za 2mV za vsako stopnjo zvišanja temperature. Hkrati imajo tudi ključne parametre, kot so ISC (kratki tokovni tok), IM (najvišji tok), VOC (napetost odprtega vezja), VM (največja napetost) in PM (največja moč), ki so bistveni za normalno delovanje in optimizacijo sistema.

Omeniti velja, da ga odprti vezje ali stanje kratkega vezja sončne celice ne bo poškodoval. Pravzaprav uporabljamo to funkcijo za nadzor polnjenja in odvajanja sistemske baterije. Ta inteligentna kontrolna metoda nadalje zagotavlja stabilnost in trajnost sončne celice.
Izhodna moč WP sončne celice se meri v standardnih pogojih sončne svetlobe. Ta pogoj sledi 101 standardu Evropske komisije, vključno z intenzivnostjo sevanja 1000W\/m2, zračno maso AM1.5 in temperaturo baterije 25 stopinj. V praktičnih aplikacijah so takšni pogoji približno enakovredni sončni svetlobi okoli poldneva na sončen dan. Vendar pa mnogi zmotno verjamejo, da lahko sončna celica, dokler obstaja sončna svetloba, ustvari nazivno izhodno moč in celo misli, da se lahko ponoči normalno uporablja pod fluorescentnimi lučmi. Pravzaprav se izhodna moč sončnih celic dinamično spreminja in nanjo vplivajo številni dejavniki, kot sta čas in kraj. Zato bo izhodna moč iste sončne celice v različnih obdobjih in krajih drugačna.

 

Iii. 2. fotovoltaični učinek
Fotovoltaični učinek ali fotovoltaični učinek na kratko se nanaša na pojav potencialne razlike med različnimi deli nehomogenega polprevodnika ali kombinacijo polprevodnika in kovine pod osvetlitvijo. Sončne celice uporabljajo ta učinek za pretvorbo sončnega sevanja v električno energijo z načelom fotoelektrične pretvorbe. Ta proces fotoelektrične pretvorbe se imenuje "fotovoltaični učinek", zato se sončne celice imenujejo tudi "fotovoltaične celice".

Polprevodniški material, ki se uporablja za sončne celice, je posebna snov, katere lastnosti so med prevodniki in izolatorji. Podobno kot atomi navadnih snovi so tudi atomi polprevodnikov sestavljeni iz pozitivno nabitih jeder in negativno nabitih elektronov. Kot primer jemanje polprevodniškega silicija ima njegova zunanja plast atomov 4 elektrone, ki se gibljejo po jedru v fiksnih orbitah. Ko so navdušeni nad zunanjo energijo, se bodo ti elektroni oddaljili od orbite in postali prosti elektroni, pri čemer so v prvotnem položaju pustili "luknjo".

V čistih silicijevih kristalih je število prostih elektronov in lukenj enako. Vendar pa lahko z dopingom s specifičnimi elementi, kot sta boron in galij, spreminjajo prevodne lastnosti silicija. Ti elementi lahko zajamejo elektrone in silicij spremenijo v polprevodnik v luknji, ki ga predstavlja simbol P; Medtem ko bo dodajanje elementov, kot sta fosfor in arzen, silicij spremenil v polprevodnik elektrona, ki ga predstavlja simbol N. Ko se ta dva polprevodnika združita, bo njihov vmesnik tvoril PN stičišče. To jedro sončne celice predstavlja to PN Junction. Je kot ovira, ki ovira prosti gibanje elektronov in lukenj.

Ko je sončna celica izpostavljena sončni svetlobi, elektroni absorbirajo svetlobno energijo in se premaknejo v območje N-tipa, zaradi česar je območje N-tipa negativno nabito; Hkrati se luknje premaknejo v regijo P-tipa, zaradi česar je regija P-tipa pozitivno zaračunana. Na ta način se na obeh koncih PN stika ustvari elektromotivna sila, splošno znana kot napetost. Če so kovinske žice privarjene na plast P-tipa in sloj tipa N in je obremenitev povezana, bo tok v zunanjem vezju tekel. S povezovanjem več takih baterijskih elementov serijsko in vzporedno lahko ustvarite potrebno napetost in trenutni izhod.

Trenutno je najbolj zrela in komercialno dragocena sončna celica silicijeva sončna celica.
Sončne celice, naprava, ki učinkovito pretvori sončno energijo v električno energijo s pomočjo fotovoltaičnega učinka, imajo osnovno strukturo, kot je prikazano na zgornji sliki. Ko dve različni vrsti polprevodniških materialov, N-tipa in P-tipa, prideta v stik med seboj, se vgrajeno električno polje, ki kaže od P-tipa do N, nastane na njihovem vmesniku zaradi difuzijskih in premičnih učinkov. Ko sončna svetloba zasije na površini sončne celice, bodo fotoni z energijo, ki presega pasu, vzbudili pare elektronov in lukenj. Ti neuravnoteženi manjšinski nosilci so učinkovito ločeni pod delovanjem notranjega električnega polja in se nakopičijo na pozitivnih in negativnih elektrodah baterije, kar zagotavlja stabilen tok za zunanjo obremenitev.

 

Iv. 3. Razvojni trend kristalnih silicijevih sončnih celic
Kristalne silicijeve sončne celice se razvijajo v smeri visoke učinkovitosti in tankega filma. Glede na visoko učinkovite monokristalne silicijeve celice je kontaktna celica zadnje točke (PCC) univerze Stanford, pasivirana celica emitterjev (PESC, Perc, Perl) Univerze v Novem Južnem Walesu (UNSW) in lokalizirano zadnje površinsko polje (LBSF) celice Inštituta Fraumhofer za Sončno energijo v Nemčiji. Hkrati so veliko pozornosti pritegnile tudi polikristalne silicijeve visoko učinkovite celice. Njihova prednost je, da lahko neposredno pripravijo kvadratne silicijeve ingote velike velikosti, primerne za obsežno proizvodnjo, s preprostim proizvodnim postopkom opreme in varčevanjem z energijo. Čeprav na učinkovitost polikristalnih silicijevih celic vplivajo meje materiala in zrn, se je njegova zmogljivost znatno izboljšala s sprejetjem tehnologij, kot so pridobivanje, pasivacija in zadnje polje. Med njimi se običajni postopek pridobivanja aluminija tvori s sintranjem po izhlapevanju aluminijastega filma na zadnji strani celice, ki ne samo poenostavi proizvodni postopek, ampak tudi pomaga izboljšati učinkovitost celice. Poleg tega lahko vodikova pasivacija kot učinkovita metoda za izboljšanje kakovosti polikristalnega silicija znatno zmanjša okvare, kot so viseči vezi v silicijevem telesu z ionskim implantacijo ali plazemskim zdravljenjem. Hkrati je na površini polikristalnih silicijevih sončnih celic s PECVD prevlečena plast protirefleksne filma silicijevega nitrida, ki lahko doseže tudi vodikovo pasivacijo polikristalnega silicija. Poleg tega se tehnologija pasivacije s površinskim kisikom pogosto uporablja tudi v sončnih celicah z visoko učinkovitostjo, zlasti pri fotovoltaičnih kristalnih silicijevih materialih, kjer je učinek bolj očiten. Toplotna oksidacija je eno od najpogosteje uporabljenih tehničnih sredstev, površinska oksidacija PECVD pri nižji temperaturi pa kaže tudi določen potencial.
Površinsko obdelavo polikristalnih silicijevih sončnih celic

Zaradi prisotnosti več kristalnih orientacij na površini polikristalnih silicijevih sončnih celic je težko dobiti idealno žametno strukturo z jedkanjem, kot enokristalni silicij s (100) kristalno orientacijo. Zato se raziskovalci zavezujejo k raziskovanju različnih metod površinske obdelave, da bi dosegli namen protirefleksije. Med njimi lahko uporaba brusilnih koles z več rezili za utripanje površine silicijevih rezin lahko skrajša čas procesa 10 cm × 10 cm silicijevih rezin na 30 sekund, kar kaže na določen praktični potencial.

Poleg tega porozni silicij velja tudi za praktično možnost za protirefleksne filme za polikristalne silicijeve sončne celice. Njegov protirefleksni učinek je primerljiv z učinki dvojnih filmov proti refleksiji, s čimer se poveča učinkovitost polikristalnih silicijevih celic na 13,4%.

Raziskave in razvoj baterij tanko-filma

Za nadaljnje zmanjšanje stroškov sončnih celic fotovoltaično polje še naprej raziskuje raziskave in razvoj baterij tankega filma. Trenutno so bile uspešno razvite amorfne baterije s tankim filmom silicijeve tanke filme, baterije z galijevim sulfidom (CDTE) in bakrene indijeve selenide (CIS). Zlasti amorfne silicijeve baterije imajo razmeroma preprost postopek priprave in nizke stroške ter so bile deležne široke pozornosti.

 

Embalaža sončnih celic

Embalažna oblika sončnih celic je ključnega pomena za delovno življenjsko dobo baterije. Trenutno je proces laminacije postal glavni tok, ki lahko zagotovi delovno življenje sončnih celic že več kot 25 let. V nasprotju s tem, čeprav je začetni videz kapljice kapsulacije lep, je delovna življenjska doba sončne celice omejena na 1 ~ 2 leti. Zato lahko za aplikacije, kot so sončne luči z nizko močjo, ki ne potrebujejo visoke življenjske dobe, uporabimo obrazec za kapljico; Medtem ko je za sončne luči z jasno življenjsko dobo, je priporočljivo izbrati obliko laminiranega inkapsulacije. Poleg tega se za kapljično inkapsulacijo sončnih celic uporablja tudi nova vrsta gradiva silikonskega gela, njegovo delovno življenje pa naj bi bilo do 10 let.

 

Klasifikacija fotonapetostnih sistemov za proizvodnjo električne energije

Sistemi fotovoltaične energije lahko razdelimo na dve vrsti: neodvisno in povezano omrežje. Neodvisni fotonapetostni sistemi za proizvodnjo električne energije se uporabljajo predvsem na oddaljenih območjih ali na območjih brez pokritosti omrežja; Medtem ko so sistemi za proizvodnjo električne energije, povezani z omrežjem, povezani z omrežjem, proizvedeno elektriko pa lahko neposredno vnesemo v omrežje.

1. Neodvisni sistemi za proizvodnjo električne energije sonca običajno vključujejo naslednje temeljne komponente:

Sončni celični niz: Sestavljen je iz modulov sončnih celic, razporejenih in povezanih na poseben način, ki jih podpirajo oklepaji in temelji.

Baterija za shranjevanje energije: Izberete jo lahko glede na dejanske potrebe in so lahko različne vrste polnilnih baterij.

Krmilnik: je posebej odgovoren za nadzor postopka polnjenja sončne celice na baterijo za shranjevanje energije. Ima več zaščitnih funkcij, da se zagotovi varno in stabilno delovanje sistema.
Inverter: naprava, ki pretvori DC napajanje, ki jo zagotavlja baterija za shranjevanje energije, v potrebno napajanje AC. Na primer, na Kitajskem je izhodna napetost 220 V, frekvenca pa 50Hz.
Distribucijska škatla in povezovalne žice: Odgovorni za povezovanje različnih komponent sistema in upravljanje izhodne moči.

 

2. Neodvisni sistem za proizvodnjo električne energije sonca
Običajno vključuje naslednje jedrne komponente:

Sončni celični niz: Sestavljen je iz modulov sončnih celic, razporejenih in povezanih na poseben način, ki jih trdno podpirajo oklepaji in temelji.

Baterija za shranjevanje energije: Izbrana je glede na dejanske potrebe po uporabi in lahko vključuje različne vrste baterij za polnjenje.

Krmilnik: Posebej je odgovoren za spremljanje in nadzor postopka polnjenja matrike sončnih celic na baterijo za shranjevanje energije. Njegove vgrajene več zaščitne funkcije so zasnovane tako, da zagotavljajo neprekinjeno varno in stabilno delovanje sistema.

Distribucijska škatla in povezovalne žice: Odgovorni za povezovanje različnih komponent v sistemu med seboj in učinkovito upravljanje izhodne moči.

 

3. Sistem za proizvodnjo električne energije, povezan z omrežjem
Sistem za proizvodnjo električne energije, povezan z omrežjem, običajno vključuje naslednje komponente:

Sončni celični niz: Sestavljen je iz modulov sončnih celic, razporejenih in povezanih na poseben način, ki jih trdno podpirajo oklepaji in temelji.

Akumulator za shranjevanje energije: Izberite glede na dejanske potrebe uporabe, ki lahko vključujejo različne vrste baterij za polnjenje.

Krmilnik: odgovoren za spremljanje in nadzor postopka polnjenja sončnega niza na baterijo za shranjevanje energije. Njegove vgrajene več zaščitne funkcije zagotavljajo neprekinjeno varno in stabilno delovanje sistema.

Inverter, povezan z omrežjem, pretvori DC moč baterije za shranjevanje energije v potrebno izmenično moč, kot je 220V50Hz, ki se običajno uporablja na Kitajskem.

Distribucijska škatla in povezovalne žice: Odgovorni za povezovanje in upravljanje izhodne moči različnih komponent v sistemu.

Poleg tega so sistemi sončne razsvetljave tudi pomembno področje uporabe. Zasnova sončnih svetilk mora upoštevati posebne pogoje območja uporabe. Na vzhodni Kitajski je ustrezno razmerje med nazivno izhodno močjo sončnih celičnih modulov in vhodno močjo svetilk približno 2 ~ 4: 1, specifično razmerje pa je odvisno od delovnega časa svetilk in osvetlitvenih potreb neprekinjenih deževnih dni. Ključna povezava je tudi namestitev sončnih celic. Njegov nagib in smer bo vplivala na izhodno moč in življenjsko dobo. V spodnjem toku reke Yangtze je idealen kot nagiba sončnih celic približno 40 stopinj, obrnjen proti jugu. Hkrati, da se prepreči tako imenovani "učinek toplotnega otoka", to je, da se lahko ena sama sončna celica poškoduje s toploto po blokiranju, se dejansko uporablja modul sončnih celic, sestavljen iz več sončnih celic, in se sprejmejo ukrepi, kot sta nagibanje in namestitev zatičev, odpornih na ptice.

Ne glede na slog in moč sončnih svetilk je ključnega pomena krmilni vezje za naboj in izpustitev, ki je ena od njegovih temeljnih komponent. Da bi zagotovili vzdržljivost baterije, je treba pogoje naboja in praznjenja strogo nadzorovati, da se prepreči prekomerno polnjenje in globok izpust. Poleg tega je zaradi velikega nihanja vhodne energije sistema za proizvodnjo električne energije sončne fotonapetostne energije krmiljenje baterije v fotonapetostnem sistemu za proizvodnjo električne energije bolj zapleteno kot pri običajnih baterijah. Učinkovitost sončnih svetilk je pogosto odvisna od zasnove in izvajanja vezja za naboj in izpustitev. Če primanjkuje visokozmogljivega naboja in nadzornega vezja, bo zmogljivost sončnih svetilk težko zagotoviti.

 

V okviru široke uporabe sončne fotonapetostne proizvodnje energije je še posebej pomemben izbor baterij s svinčeno kislino za shranjevanje energije. Od obsežnih sončnih fotovoltaičnih projektov v Evropi in Združenih državah Amerike do projekta Guangming moje države je sončna fotovoltaična proizvodnja električne energije pokazala močan razvojni zagon. Z napredovanjem fotovoltaične tehnologije in popularizacijo nizkocenovnih fotovoltaičnih modulov, scenarijev nanašanja, kot so sončne svetilke, fotonapetostne elektrarne in gospodinjski viri fotovoltaične energije, so predlagali višje zahteve za baterije. Trenutno so zaprte baterije s svinčeno kislino regulirane, koloidne baterije s svinčeno kislino in baterije brez vzdrževanja svinčene kisline postale glavne vire energije za shranjevanje energije v fotovoltaičnih sistemih. Vremenska odpornost teh baterij je ključnega pomena za zagotovitev stabilnega delovanja sistema. Ta članek se bo osredotočil na vpliv temperature na življenjsko dobo in zmogljivost baterije v naravnih okoljih in ustreznih rešitev, hkrati pa globoko analizira ključne točke izbire baterij s svinčeno kislino.

 

5. Vpliv temperature na življenjsko dobo baterij s svinčeno kislino
VRLA-svinčeve baterije so zelo občutljive na temperaturne spremembe. Po načelu Ariniusa, ko temperatura presega 40 stopinj, bo njegovo življenje prepolovito na vsake 10 stopinj. Glavni razlogi za konec življenjske dobe baterije vključujejo sušenje elektrolita žveplove kisline, toplotno pobeg in notranji kratki stik.

Sušenje elektrolita žveplove kisline je eden ključnih dejavnikov, ki vplivajo na življenjsko dobo baterij svinčene kisline. Sušenje kisline bo povzročilo, da se zmogljivost baterije zmanjša ali celo popolnoma ne izpa, kar je težava, ki je edinstvena za baterije s svinčeno kislino. Možni razlogi vključujejo nizko učinkovitost rekombinacije plina, evolucijo vodika in kisika ter izhlapevanje vode, izsiljevanje vode znotraj lupine baterije, nepravilno zasnovo krmilnih ventilov in neskladje med polnilno opremo in napetostjo akumulatorja. Omeniti velja, da se bo s temperaturo okolice stopnje izgube vode, ki jo povzročajo trije dejavniki (2), (3) in (4), pospešili in s tem pospešili okvaro suhega baterije svinčene kisline.

Poleg tega je termični pobeg tudi velik izziv, s katerim se soočajo baterije s svinčeno kislino. Med postopkom polnjenja in praznjenja baterija ustvarja toploto. Če se ne izpusti pravočasno, se bo temperatura baterije še naprej dvigovala. Zlasti pri delu v visokotemperaturnem okolju je toplota, nabrana znotraj akumulatorja, težje raztresti, kar lahko privede do pregrevanja, povečane izgube vode, povečanega notranjega odpornosti in začaranega cikla, postopoma se razvije v toplotno pobeg in na koncu povzroči okvaro baterije.

 

VRLA svinčene baterije imajo izjemno slabo toplotno prevodnost in izjemno majhno toplotno zmogljivost zaradi svoje edinstvene zasnove vitke tekočine in 10% pore v separatorju. Zaradi tega so VRLA svinčene kisline bolj nagnjene k toplotnemu pobegu v visokotemperaturnih okoljih. Ker je količina plina, ki jo izpusti varnostni ventil, omejena, je težko odvzeti toploto znotraj baterije. Ko pride do termičnega pobega, bo baterija močno deformirana, porušena in popolnoma ne bo uspela.

Po drugi strani je tudi notranji kratki stik vzrok za okvaro baterije svinca. To povzročajo predvsem razgradnja in staranje diafragme materiala, odstranjevanje in širitev aktivnega materiala ali prodor diafragme s pomočjo dendritov, ki nastanejo med postopkom polnjenja. Po globokem praznjenju je adsorpcijski separator baterije nagnjen k svincu žametu ali razpršenih padavinah ali tvorbi dendritov, kar ima za posledico mikro kratkoročne vezje pozitivnih in negativnih plošč.
Zaradi negativne elektrode odvečne zasnove baterij svinčeve kisline VRLA je učinkovitost polnjenja negativne elektrode višja kot v pozitivni plošči v zgodnji in srednji fazi polnjenja, zato bo negativna elektroda najprej ustvarila dovolj žametnega svinca, ki je pripomogla k ponovni reakciji kisika. V procesu proizvodnje baterij lahko razgradnjo zmogljivosti baterije upočasnimo z nadzorom količine aktivnega materiala z negativno elektrodo.
Poleg tega se v baterijah s svinčenimi kislinami običajno uporabljajo aditivi, kot so kovinske soli ali oksidi, kot so cink, kadmij, litij, kobalt, baker in magnezij. Ti dodatki delujejo kot močni elektroliti, njihovi ioni pa se med odvajanjem selijo na negativno elektrodo. Ti kovinski ioni imajo učinek kemičnega koordinacije, kar lahko zmanjša verjetnost tvorbe svinčevega sulfata. Tudi če nastane svinčevi sulfat, je njegova struktura razmeroma mehka in lažja za mehčanje ali zmanjšanje.

Pri uporabi baterije poskusite vzdrževati stabilno temperaturo in se izogniti drastičnim temperaturnim spremembam, da zmanjšate možnost padavin dendrita. Če povzamemo, bo visoka temperatura pospešila izgubo in sušenje vode baterije, toplotno pobeg, pozitivno korozijo omrežja in deformacijo, medtem ko lahko nizka temperatura povzroči negativno okvaro pasivacije elektrode. Temperaturna nihanja bodo pospešila notranji kratek stik baterij s svinčeno kislino, ti dejavniki pa bodo negativno vplivali na življenjsko dobo baterije.

 

Vi. Vpliv temperature na kapaciteto baterije s svinčeno kislino

(I) Prva vrsta zgodnje izgube zmogljivosti, imenovana PCL-ⅰ

Glavni krivec za nenadni padec zmogljivosti baterije svinčene kisline je pregradni sloj. Ta pregrada izhaja iz napak v regeneraciji in polprevodniškega učinka zlitine PB-CA-SN-AL. Zgradi enosmerno prevodno pregrado med pozitivnim elektrodnim aktivnim materialom in mrežo. Ta pregradni sloj je sestavljen iz kompleksnih kristalov s polprevodniškimi lastnostmi in je občutljiv na temperaturo. Z izboljšanjem polprevodniškega dopinškega procesa, kot so zlitine za baterije in dodatki svinčene paste, smo uspešno izboljšali prevodnost tako, da smo izkoristili občutljivost polprevodniških kristalov na čistost in s tem učinkovito ublažili ta način odpovedi.

 

(Ii) druga vrsta izgube zgodnje zmogljivosti, imenovana PCL-ⅱ

Pravi krivec za počasen padec zmogljivosti baterije svinčene kisline ni običajna korozija omrežja, sulfacija ali aktivno odstranjevanje materialov, temveč širitev poroznih aktivnih materialov. Ta širitev je še posebej očitna v postopku mehčanja PBO2 → PBSO4, ki ne samo povzroča, da se pozitiven aktivni material poškoduje, kompleksna struktura pa se tudi postopoma povzroči, da se aktivni material zmehča in odpade, kar posledično povzroči, da pozitivna plošča izgubi zmogljivost s počasnejšo hitrostjo.

 

(Iii) Tretja vrsta zgodnje izgube zmogljivosti, imenovana PCL-ⅲ

Problem baterij s svinčeno kislino, ki se ne morejo polniti, pogosto izhaja iz zmanjšanja ali izgube aktivnosti negativnih dodatkov elektrod. To lahko privede do težav pri polnjenju, slabem sprejemanju in nezadostnem polnjenju ter na koncu vodi do sulfacije spodnjega 1\/3 negativne plošče.

V visokih temperaturnih pogojih se negativni aditivi elektrod razgradijo ali raztopijo v elektrolitu, kar bo privedlo do zgodnjih izgub in nato pasivacije negativnega žametnega svinca. Nasprotno, v nizkih temperaturnih pogojih zaradi zmanjšane topnosti, tudi če je izpustni tok enak koncentraciji pri nizki temperaturi in hitrost praznjenja ostane nespremenjena, se bo nasičenost povečala glede na nizko ravnotežno topnost. Poleg tega bo nizka temperatura povečala viskoznost kislinske raztopine in zmanjšala hitrost difuzije kisline, s čimer se poveča notranja odpornost baterije in vpliva na njegovo visoko hitrost prenosa mase.

 

Debelina pasivacijske plasti je tesno povezana z velikostjo kristala, poroznostjo in strukturo pore sulfata, ki so tesno povezani s topnostjo svinčevega sulfata in nasičenostjo raztopine na površini svinčene elektrode. Pri nizki temperaturi, visoki gostoti toka in koncentracije žveplove kisline bo nasičenost raztopine na površini negativne elektrode previsoka, kar ima za posledico zgostitev pasivacijske plasti, ki lahko povzroči, da baterija zaradi težav s praznjenjem ne uspe. Trenutno negativno ploščo ne moremo niti zaračunati niti odpustiti.

Mehanizem in stopnja vpliva temperature na zgornje dejavnike vključujeta teorije iz več disciplin, vključno z elektrokemijsko termodinamiko, elektrokemijsko kinetiko itd. Omeniti velja, da visoka temperatura povzroči oksidacijsko okvaro aditivov v bateriji, kar posledično povzroči, da aktivni material pade in pospeši razpad baterije. Ta razpad bo sčasoma skrajšala življenjsko dobo baterije svinčene kisline in zmanjšala njeno zanesljivost.

 

Poleg tega je korozija pozitivne plošče tudi težava, ki je ni mogoče prezreti. Glede na načelo kemične termodinamike, višja je temperatura okolice, večja je globina praznjenja baterije svinčene kisline in višja je gostota elektrolitov, kar posledično poslabša korozijo omrežja. Dolgotrajno skladiščenje bo zgostilo korozijsko plast, ki jo spremlja deformacija in raztezanje omrežja, kar bo povzročilo zmanjšanje natezne trdnosti omrežja. Ko aktivni material odpade ali je korozijski izdelek preveč debel, se bo odpornost na omrežje povečala in tako vplivala na zmogljivost baterije. Ko zmogljivost baterije pade za 20%, jo lahko ocenimo kot neuspešno.

Če povzamemo, je kot elektrokemijski vsebnik baterija zelo občutljiva na spremembe temperature okolice. Temperatura okolice ne vpliva samo na življenjsko dobo baterije, ampak ima tudi neposreden vpliv na njegovo zmogljivost. Oba sta medsebojno povezana in nerazdružljiva.

Razvoj koloidnih baterij s svinčeno kislino (baterije, regulirane s svinčeno kislino)
V zadnjih letih so se na področju sončnih svetilk pogosto uporabljale baterije s svinčeno kislino. Ko pa VRLA svinčene baterije delujejo v naravnem okolju, se njihova vremenska odpornost sooča z izzivi, zlasti v temperaturnem območju -20 stopinj ~ 40 stopinj. Da bi rešili to težavo, smo uspešno razvili koloidno baterijo z boljšim vremenskim uporom, katere obratovalni temperaturni razpon lahko doseže -40 stopinj ~ 60 stopinj, kar še poveča obseg uporabe baterij svinčene kisline.

 

Koloidna baterija s svinčeno kislino sprejme edinstveno bogato shemo oblikovanja tekočine, njegova kisla tekočina pa se poveča za 20% v primerjavi z baterijo svinčene kisline VRLA. Akumulator je napolnjen z gel elektrolitom okoli polne skupine in med rezervoarji, zaradi česar ima veliko toplotno zmogljivost in odlično odvajanje toplote. Poleg tega koloidna baterija premaga tudi zgornje tri težave izgube zgodnje zmogljivosti in ima naslednje pomembne prednosti:

 

Prvič, uporablja poseben ne-tekoči elektrolit, ki zavira mehčanje in odstranjevanje aktivnega materiala pozitivne plošče, s povečanjem tlaka montaže (zlasti tlak na površini pozitivne plošče). Hkrati dobro zasnovan kontrolni ventil poveča rekombinacijo kisika in zmanjša izgubo vode, s čimer podaljša življenjsko dobo baterije.

Drugič, mrežna struktura koloidne baterije je skrbno zasnovana z uporabo posebnih sredstev in materialnih formulacij. Ta struktura tvori mikropore, poveča reakcijski vmesnik med elektrodo in elektrolitom, zmanjša kontaktno odpornost in zmanjša polarizacijo elektrode. To močno izboljša hitrost uporabe aktivnega materiala elektrode, učinkovitost polnjenja ter izpustno in izhodno moč baterije.

 

Poleg tega pozitivna mreža uporablja kombinacijo več zlitin več elementov, kot je PB-SN-Al-SB-ZN-CD, medtem ko negativna mreža uporablja svinčeno-kalcio-tin-aluminijsko visokozvezdno materiale. Takšna zasnova ne samo izboljša zmogljivost in življenjsko dobo baterije, ampak tudi zagotavlja, da ima zbiralec zlitine svinca z vezjo značilnosti majhne notranje odpornosti in korozijske odpornosti in zdrži dolgoročno uporabo plavajočega naboja.

 

Poleg tega se je s sprejetjem novih tehnologij in izboljšanjem formule materiala omrežja upornost in korozijsko odpornost koloidne svinčene kisline bistveno izboljšala. Hkrati uporaba poroznih separatorjev PE z nizko odpornostjo in bogatega tekočega prostora, zasnovanega v plošči, zagotavljajo, da se kislina med delovanjem baterije ne preliva, onesnažuje okolja ali korodira dele opreme in lahko gladko absorbira plinsko katodo. Ti ukrepi za izboljšanje še podaljšajo življenjsko dobo baterije.

(Vi) Pokrov baterijske lupine sprejme labirintski posebej zasnovan dihalni ventil v kombinaciji s posebnimi dodatki, kar učinkovito zmanjšuje izgubo vode.

(Vii) S pravilno uporabo dodatkov lahko ohranimo normalno stanje polnjenja negativne elektrode, preprečiti negativno sulfidacijo elektrode in se lahko zmanjša negativna elektroda. To ne samo zagotavlja stabilno polnjenje negativne elektrode, ampak tudi zmanjšuje polarizacijski potencial pozitivne elektrode, s čimer upočasni korozijo pozitivnega omrežja in nadaljnje podaljša življenjsko dobo baterije.

 

Nato bomo raziskali zgodovino razvoja in trenutno stanje proizvodnje fotovoltaične energije. Od rojstva prve praktične fotovoltaične celice leta 1954 je sončna fotovoltaična proizvodnja energije dosegla pomemben napredek. Čeprav je njegova razvojna hitrost nekoliko počasnejša kot pri računalnikih in optičnih komunikacijah, sta naraščajoče povpraševanje po energiji in omejitve običajne energije postopoma pritegnile pozornost na proizvodnjo fotovoltaične energije. Zlasti naftna kriza leta 1973 in težave z onesnaževanjem okolja v devetdesetih letih so spodbujali hiter razvoj tehnologije fotonapetostne proizvodnje energije. Njegov razvojni postopek je mogoče povzeti v naslednje faze:
Leta 1893 je francoski znanstvenik Becquerel odkril "fotovoltaični učinek", ki je postavil temelje za razvoj fotonapetostne tehnologije. Kasneje so Adams in drugi leta 1876 odkrili trdni fotovoltaični učinek na kovine in selenske liste, s čimer so odprli novo poglavje iz fotovoltaične tehnologije. Leta 1883 je bila narejena prva "selenska fotocelica" in uporabljena kot občutljiva naprava na različnih poljih.

 

Fotovoltaična tehnologija je v 20. stoletju dosegla pomemben napredek. Leta 1930 je Schottky predlagal "fotovoltaično učinek" teorijo pregrade Cu2O, ki je nudila pomembno podporo za kasnejše raziskave. Istega leta je Langer najprej predlagal uporabo "fotovoltaičnega učinka" za izdelavo "sončnih celic", da bi dosegli pretvorbo sončne energije v električno energijo.

 

S poglabljanjem raziskav se je učinkovitost fotovoltaičnih celic nenehno izboljševala. Leta 1954 sta Chabin in Pirson uspešno izdelala praktične enokristalne sončne celice v Bell Laboratories v Združenih državah Amerike s 6%, kar označuje, da je fotovoltaična tehnologija vstopila v novo stopnjo razvoja. Istega leta je Wecker odkril fotovoltaični učinek galijevega arsenida in izdelal tanko-film sončne celice, kar je še dodatno spodbudilo razvoj tehnologije.

 

Nato so se države posvetile raziskavam in razvoju fotovoltaične tehnologije. Leta 1958 so sončne celice prvič uporabljali v vesolju, opremljene z napajanjem ameriškega satelita Pioneer 1, kar je pokazalo njegove široke možnosti uporabe. Z rojstvom polikristalnih silicijevih sončnih celic in delovanjem silicijevih sončnih celic, povezano z omrežjem, je fotovoltaična tehnologija postopoma postala zanesljiva energetska rešitev.

 

Po vstopu v devetdeseta leta prejšnjega stoletja je fotovoltaična tehnologija napredovala. Učinkovitost fotoelektrične pretvorbe sončnih celic galijevega arsenida je dosegla 13%, učinkovitost tanko-film kadmijskih sulfidnih sončnih celic pa je dosegla tudi 8%. Poleg tega je uspešen razvoj ultravijoličnih celic in zadnjih poljskih celic še izboljšal učinkovitost in obseg uporabe fotonapetostnih celic.

 

Ko svetovno prizadevanje za obnovljivo energijo postaja vse bolj nujno, je fotovoltaična tehnologija postala vroča tema raziskav. Države so predlagale fotonapetostne načrte strehe in razvojne cilje za spodbujanje široke uporabe fotovoltaične tehnologije. Po letu 1997 so ZDA, Japonska in Evropska unija vse predlagale velike fotovoltaične razvojne načrte, kar kaže, da bo fotovoltaična tehnologija namenjena novi stopnji razvoja.

 

Trenutno je uporaba fotovoltaične tehnologije postajala vedno bolj obsežna, ne samo da igra pomembno vlogo na električnem področju, ampak tudi zagotavlja čiste in učinkovite energetske rešitve za prevoz, gradbeništvo in druga polja. Če pogledamo v prihodnost, naj bi fotovoltaična tehnologija zavzela pomembnejši položaj na svetovnem energetskem področju in več prispevala k trajnostnemu razvoju človeštva.