Kattava esittely ja yleiskatsaus aurinkokennoista

I. Aurinkosolujen kattava analyysi
Aurinkokennot laitteena, joka muuntaa aurinkoenergian sähköenergiaksi, on herättänyt paljon huomiota viime vuosina. Sen toimintaperiaate perustuu fotoelektriseen vaikutukseen. Imettämällä fotoneja auringonvalossa, elektronit ja reikiä stimuloidaan ja sitten virran syntyy. Aurinkokennoilla on etuja ympäristöystävällisiä, uusiutuvia ja pilaantumattomia, ja niitä käytetään laajasti monilla aloilla, kuten koteilla, teollisuudessa ja kuljetuksissa. Seuraavaksi annamme kattavan johdannon ja yleiskatsauksen aurinkokennoista.

 

II. 1. Yleiskatsaus aurinkokennoista
Aurinkoenergia, jolla on uusiutuvan energian ydinasema, saa sen energiansa auringonvalosta, jonka olemme tuttuja. Biomassanergia, tuulienergia, valtameren energia ja vesivoima, nämä näennäisesti monimuotoiset energiat muodostuvat itse asiassa kaikki jäljitetään aurinkoenergian lähteeseen. Yleisesti ottaen aurinkoenergia kattaa kaiken edellä mainitun uusiutuvan energian. Kun viitataan erityisesti aurinkoenergiaan uusiutuvan energian lähteenä, viitataan yleensä aurinkoenergian suoraa muuntamista ja hyödyntämistä.

Auringon lämmönkäyttötekniikka, toisin sanoen aurinkoen säteilyenergian tehokas muuntaminen lämpöenergiaksi muuntolaitteen kautta ja sitten tämän lämpöenergian käytön sähkön tuottamiseksi. Samoin aurinkoenergian säteilyenergian muuntaminen sähköenergiaksi on myös tärkeä tekniikka. Tällä kentällä fotoelektriset muuntolaitteet, kuten puolijohdealaitteiden aurinkosähkövaikutusperiaate, ovat ydinroolissa.

1950 -luvulla aurinkoenergian käyttökenttä ohjasi tärkeän teknologisen harppauksen. Vuonna 1954 Bell Laboratories Yhdysvalloissa kehitti menestyksekkäästi 6% käytännöllisen yksikiteisen piisolun, joka loi perustan aurinkokennojen käytännölliselle levitykselle. Vuonna 1955 Israelin Tabor ehdotti tärkeätä selektiivisen absorptiopinnan teoriaa ja kehitti tämän teorian perusteella tehokkaan selektiivisen aurinkoenergian absorptiopäällysteen, joka edisti edelleen aurinkoenergian käyttötekniikan kehitystä.

Lisäksi aurinkokennot osoittavat myös niiden ainutlaatuiset ominaisuudet. Se on samanlainen kuin valtava PN -risteys, joka voi muuntaa aurinkoenergian tehokkaasti sähköenergiaksi. Tavanomaisissa valaistusolosuhteissa aurinkokennot voivat tuottaa 0. Samanaikaisesti sillä on myös kaikki PN -risteyksen ominaisuudet, mikä mahdollistaa sen jatkuvasti tuottaa sähköä auringonvalon alla.

Käytännöllisissä sovelluksissa aurinkosolujen moduulit yhdistetään yleensä useilla aurinkokennoilla ja niitä käytetään aurinkovalaisimissa ja muissa laitteissa. Näillä komponenteilla on negatiivinen lämpötilakerroin, ts. Jännite laskee 2MV: llä jokaisesta lämpötilan noususta. Samanaikaisesti niillä on myös avainparametreja, kuten ISC (oikosulkuvirta), IM (huippuvirta), VOC (avoimen piirin jännite), VM (huippujännite) ja PM (huippuvoima), jotka ovat välttämättömiä järjestelmän normaalille toiminnalle ja optimoinnille.

On syytä mainita, että aurinkokennon avoin piiri tai oikosulkutila ei vahingoita sitä. Itse asiassa käytämme tätä ominaisuutta hallitaksesi järjestelmän akun lataamista ja purkamista. Tämä älykäs ohjausmenetelmä varmistaa edelleen aurinkokennon stabiilisuuden ja kestävyyden.
Aurinkokennon lähtöteho WP mitataan tavanomaisissa auringonvalo -olosuhteissa. Tämä ehto noudattaa Euroopan komission 101 standardia, mukaan lukien säteilyintensiteetti 1000 W\/m2, ilmamassa AM1,5 ja akun lämpötila 25 astetta. Käytännöllisissä sovelluksissa tällaiset olosuhteet vastaavat suunnilleen auringonvaloa keskipäivän ympärillä aurinkoisena päivänä. Monet ihmiset kuitenkin uskovat virheellisesti, että niin kauan kuin auringonvaloa on, aurinkokenno voi tuottaa nimellistuottovoiman ja jopa ajatella, että sitä voidaan käyttää normaalisti fluoresoivien valojen alla yöllä. Itse asiassa aurinkosolujen lähtöteho muuttuu dynaamisesti, ja siihen vaikuttavat monet tekijät, kuten aika ja paikka. Siksi saman aurinkokennon lähtöteho on erilainen eri aikoina ja paikoissa.

 

III. 14. aurinkosähkövaikutus
Lyhyen aurinkosähkövaikutus tai aurinkosähkövaikutus viittaa potentiaalieron ilmiöön epähomogeenisen puolijohteen eri osien tai puolijohteen yhdistelmän ja valaistuksen alla olevan metallin yhdistelmän välillä. Aurinkokennot käyttävät tätä vaikutusta aurinkosäteilyn muuttamiseen sähköenergiaksi fotoelektrisen muuntamisen periaatteen avulla. Tätä valosähköistä muuntoprosessia kutsutaan "aurinkosähkövaikutukseksi", joten aurinkokennoja kutsutaan myös "aurinkosähkökennoiksi".

Aurinkokennoille käytetty puolijohdemateriaali on erityinen aine, jonka ominaisuudet ovat johtimien ja eristeiden välillä. Samoin kuin tavallisten aineiden atomit, puolijohteiden atomit koostuvat positiivisesti varautuneista ytimistä ja negatiivisesti varautuneista elektroneista. Esimerkiksi puolijohdepidosta, sen ulkokerroksella on 4 elektronia, jotka liikkuvat ytimen ympäri kiinteillä kiertoradalla. Ulkoisen energian innostuneena nämä elektronit hajoavat kiertoradalta ja niistä tulee vapaat elektronit jättäen "reikän" alkuperäiseen asentoon.

Puhtaissa piilikiteissä vapaiden elektronien ja reikien lukumäärä on yhtä suuri. Dopingilla spesifisillä elementeillä, kuten boori ja gallium, piin johtavia ominaisuuksia voidaan kuitenkin muuttaa. Nämä elementit voivat vangita elektroneja kääntämällä piin reikätyyppiseksi puolijohteeksi, jota edustaa symboli P; Vaikka elementtien, kuten fosforin ja arseenin, lisääminen muuttaa piin elektronityyppiseksi puolijohdeksi, jota edustaa symboli N. Kun nämä kaksi puolijohdetta yhdistyvät, niiden rajapinta muodostaa PN-liitos. Juuri tämä PN -risteys muodostaa aurinkokennon ytimen. Se on kuin este, joka estää elektronien ja reikien vapaata liikkumista.

Kun aurinkokenno altistuu auringonvalolle, elektronit absorboivat valoenergiaa ja siirtyvät N-tyypin alueelle aiheuttaen N-tyypin alueen varautumisen negatiivisesti; Samanaikaisesti reikät siirtyvät P-tyypin alueelle, jolloin P-tyypin alue on positiivisesti varautunut. Tällä tavalla PN -risteyksen molemmissa päissä syntyy sähkömoottorivoima, joka tunnetaan yleisesti jännitteellä. Jos metallijohdot hitsataan P-tyypin kerrokseen ja vastaavasti N-tyyppiseen kerrokseen ja kuorma on kytketty, virta virtaa ulkoisessa piirissä. Yhdistämällä useita tällaisia ​​akkuelementtejä sarjaan ja rinnakkain, vaadittu jännite ja virran ulostulo voidaan luoda.

Tällä hetkellä kypsimpiä ja kaupallisesti arvokkaita aurinkosoluja on piin aurinkokenno.
Aurinkokennot, laite, joka muuntaa tehokkaasti aurinkoenergiaa sähköenergiaksi aurinkosähkövaikutuksen kautta, on perusrakenne, kuten yllä olevassa kuvassa esitetään. Kun kaksi erityyppistä puolijohdemateriaalia, N-tyyppi ja P-tyyppi, joutuvat kosketuksiin toisiinsa, P-tyypin sisäinen sähkökenttä, joka osoittaa P-tyypin N-tyyppiin. Kun auringonvalo paistaa aurinkokennon pinnalla, fotonit, joiden energia ylittää kaistanoston, herättävät elektroni- ja reikäpareja. Nämä epätasapainoiset vähemmistökantajat erotetaan tehokkaasti sisäisen sähkökentän vaikutuksesta ja kertyvät akun positiivisiin ja negatiivisiin elektrodeihin, tarjoamalla siten vakaan virran ulostulon ulkoiselle kuormalle.

 

Iv. 3. Kiteisen piin aurinkokennojen kehityssuuntaus
Kiteinen piin aurinkokennot ovat kehittymässä korkean hyötysuhteen ja ohuen kalvon suuntaan. Stanfordin yliopiston takapisteen kontaktisolujen (PCC) korkean tehokkuuden monokiteisen piisolujen suhteen Passivoted Etelä-Walesin yliopiston (UNSW) ja Fraumhofer-instituutin paikallisen takapintakentän (LBSF) passivoituneen emitterialueen solu (PESC, PERC, Perl) ovat kaikki Fraumhofer-instituutissa Saksassa. Samanaikaisesti myös monikiteinen piita tehokas solut ovat herättäneet paljon huomiota. Heidän etuna on, että he voivat suoraan valmistaa suurikokoisia neliömäisiä pii-harkkoja, jotka soveltuvat laajamittaiseen tuotantoon, yksinkertaisilla laitteilla ja energiansäästövalmistusprosessilla. Vaikka materiaali- ja viljarajat vaikuttavat monikiteisten piisolujen tehokkuuteen, sen suorituskykyä on parantunut merkittävästi ottamalla käyttöön tekniikoita, kuten gettering, passivointi ja takakenttä. Niiden joukossa tavanomainen alumiinin gettering -prosessi muodostuu sintraamalla sen jälkeen, kun solun takana on alumiinikalvo haihduttamalla, mikä ei vain yksinkertaista valmistusprosessia, vaan auttaa myös parantamaan solun tehokkuutta. Lisäksi vedyn passivointi, joka on tehokas menetelmä monikiteisen piin laadun parantamiseksi, voi merkittävästi vähentää puutteita, kuten piin kehon roikkuvia sidoksia ionin implantaation tai plasmahoidon avulla. Samanaikaisesti PECVD: llä päällystetään kerros piinitridi-anti-reflektiokalvoa, joka on päällystetty monikiteisen piin aurinkokennojen pinnalle, joka voi myös saavuttaa monikiteisen piin vetypäästöä. Lisäksi pintahappipeivointekniikkaa on käytetty laajasti myös korkean tehokkuuden aurinkokennoissa, etenkin aurinkosähköluokan kiteisissä piidateriaaleissa, joissa vaikutus on selvempi. Lämpöhapetus on yksi yleisesti käytetyistä teknisistä keinoista, ja PECVD: n pinnan hapettuminen alhaisemmassa lämpötilassa osoittaa myös tietyn potentiaalin.
Pintakiteisen piin aurinkokennojen pintakäsittely

Koska monikiteisen piin aurinkokennojen pinnalla on useita kidesuuntauksia, ihanteellisen samettirakenteen saaminen on vaikeaa syövyttämällä, kuten yksikiteinen pii (100) kidesuunnittelulla. Siksi tutkijat ovat sitoutuneet tutkimaan erilaisia ​​pintakäsittelymenetelmiä heijastuksen vastaisen tarkoituksen saavuttamiseksi. Niiden joukossa moniläisten jauhatuspyörien käyttö pii kiekkojen pinnan uraamiseen voi lyhentää 10 cm × 10 cm: n piikiekkojen prosessiaikaa 30 sekunniin, mikä osoittaa tietyn käytännön potentiaalin.

Lisäksi huokoista piitä pidetään käytännöllisenä vaihtoehtona heijastumisen vastaisille kalvoille monikiteisen piin aurinkokennoille. Sen reflektionvastainen vaikutus on verrattavissa kaksois-heijastumisen vastaisiin kalvoihin, mikä lisää monikiteisten piisolujen tehokkuutta 13,4%: iin.

Ohuiden elokuvien paristojen tutkimus ja kehittäminen

Aurinkokennojen kustannusten vähentämiseksi edelleen, aurinkosähkökenttä tutkii edelleen ohuiden elokuvien paristojen tutkimusta ja kehitystä. Tällä hetkellä on onnistuneesti kehitetty amorfisia piihiihtoparistoja, galliumsulfidiakkuja (CDTE) akkuja (CDTE) akkuja (CIS). Erityisesti amorfisilla piitakuilla on suhteellisen yksinkertainen valmistusprosessi ja alhaiset kustannukset, ja ne ovat saaneet laajaa huomiota.

 

Aurinkokennojen pakkaus

Aurinkokennojen pakkausmuoto on ratkaisevan tärkeä akun työikälle. Tällä hetkellä laminointiprosessista on tullut valtavirta, joka voi varmistaa aurinkokennojen työelämän yli 25 vuoden ajan. Sitä vastoin, vaikka tippakapseloinnin alkuperäinen ulkonäkö on kaunis, aurinkosolujen työikä on rajoitettu 1 ~ 2 vuoteen. Siksi sovelluksille, kuten pienitehoisille aurinkoenergiavalaisimille, jotka eivät vaadi korkeaa elinikäistä, tiputuskapselointimuotoa voidaan käyttää; Vaikka aurinkoenergialla, jolla on selkeä käyttöikä, on suositeltavaa valita laminoitu kapselointimuoto. Lisäksi aurinkokennojen tiputuskapselointiin käytetään myös uuden tyyppistä silikonigeelimateriaalia, ja sen työelämän sanotaan olevan jopa 10 vuotta.

 

Photovoltisten sähköntuotantojärjestelmien luokittelu

Photosholec-sähköntuotantojärjestelmät voidaan jakaa kahteen tyyppiin: riippumattomiin ja verkkoon kytkettyihin. Riippumattomia aurinkosähköä sähköntuotantojärjestelmiä käytetään pääasiassa syrjäisillä alueilla tai alueilla, joilla ei ole ruudukon peittoa; Vaikka verkkoon kytketty aurinkosähkövoiman tuotantojärjestelmät on kytketty verkkoon, ja luotu sähkö voidaan syöttää suoraan verkkoon.

1. Riippumattomat aurinkoenergian virrantuotantojärjestelmät sisältävät yleensä seuraavat ydinkomponentit:

Aurinkokennon taulukko: Se koostuu aurinkokennosolumoduuleista, jotka on järjestetty ja kytketty tietyllä tavalla, joita tukevat kiinnikkeet ja säätiöt.

Energian varastointi Akku: Se voidaan valita todellisten tarpeiden mukaan ja se voi olla erityyppisiä ladattavia akkuja.

Ohjain: Se on erityisesti vastuussa aurinkokennon taulukon latausprosessin ohjaamisesta energian varastointiparistoon. Sillä on useita suojaustoimintoja järjestelmän turvallisen ja vakaan toiminnan varmistamiseksi.
Invertteri: Laite, joka muuntaa energian tallennusakun tarjoaman tasavirtavirran vaadittavaan vaihtovirtavirtaan. Esimerkiksi Kiinassa lähtöjännite on 220 V ja taajuus on 50 Hz.
Jakelulaatikko ja kytkentäjohdot: Vastuu järjestelmän eri komponenttien kytkemisestä ja lähtötehon hallinnasta.

 

2. riippumaton aurinko DC -sähköntuotantojärjestelmä
Yleensä sisältää seuraavat ydinkomponentit:

Aurinkokennon taulukko: Se koostuu aurinkokennosolumoduuleista, jotka on järjestetty ja kytketty tietyllä tavalla, joita tukevat tiukasti sulukit ja säätiöt.

Energian varastointi Akku: Se on valittu todellisten käyttötarpeiden mukaan ja voi sisältää erityyppisiä ladattavia akkuja.

Ohjain: Se on erityisesti vastuussa aurinkokennon taulukon latausprosessin seurannasta ja hallinnasta energian varastointiparistoon. Sen sisäänrakennetut useita suojaustoimintoja on suunniteltu varmistamaan järjestelmän jatkuva turvallinen ja vakaa toiminta.

Jakelulaatikko ja kytkentäjohdot: Vastuu järjestelmän eri komponenttien kytkemisestä toisiinsa ja lähtötehon tehokkaasta hallinnasta.

 

3. Ruudukkoon kytketty aurinkoenergian virrantuotantojärjestelmä
Ruudukkoon kytketty aurinkoenergian vaihtovirtatuotantojärjestelmä sisältää yleensä seuraavat komponentit:

Aurinkokennon taulukko: Se koostuu aurinkokennosolumoduuleista, jotka on järjestetty ja kytketty tietyllä tavalla, joita tukevat tiukasti sulukit ja säätiöt.

Energian varastointi Akku: Valitse todellisten käyttötarpeiden mukaan, jotka voivat sisältää erityyppisiä ladattavia akkuja.

Ohjain: Vastuu aurinkoenergian latausprosessin seurannasta ja hallinnasta energian varastointiparistoon. Sen sisäänrakennetut monisuojatoiminnot varmistavat järjestelmän jatkuvan turvallisen ja vakaan toiminnan.

Ruudukkoon kytketty invertteri: Muuntaa energian varastoinnin akun tasavirta vaadittavaksi vaihtovirtavirtaan, kuten Kiinassa yleisesti käytetty 220V50Hz.

Jakelukotelo ja kytkentäjohdot: Vastuu järjestelmän eri komponenttien tulostehon kytkemisestä ja hallinnasta.

Lisäksi aurinkovalaistusjärjestelmät ovat myös tärkeä sovellusalue. Auringonvalaisimien suunnittelussa on harkittava käyttöalueen erityisiä olosuhteita. Itä -Kiinassa aurinkokennojen moduulien nimellistuottotehon ja lamppujen syöttötehon välinen sopiva suhde on noin 2 ~ 4: 1, ja erityinen suhde riippuu lamppujen työajasta ja jatkuvien sateisten päivien valaistustarpeesta. Aurinkokennojen asennus on myös avainlinkki. Sen kallistuskulma ja suunta vaikuttavat lähtötehoon ja käyttöikäyn. Jangtse -joen alempiin ulottuvuuksiin aurinkokennojen ihanteellinen kallistuskulma on noin 40 astetta, etelään. Samanaikaisesti käytetään ns. "Lämpösaarivaikutuksen" estämiseksi, toisin sanoen yksi aurinkokenno voi vaurioitua, kun se on tukkeutunut, käytetään tosiasiallisesti useista aurinkokennoista koostuvaa aurinkokennomoduulia, ja lintujen kestävien tapien kallistus ja asentaminen.

Auringonvalaisimien tyylistä ja tehosta riippumatta, varaus- ja purkausohjauspiiri, yksi sen ydinkomponenteista, on ratkaisevan tärkeä. Akun kestävyyden varmistamiseksi sen lataus- ja purkausolosuhteet on tiukasti ohjattava ylikuormituksen ja syvän purkautumisen estämiseksi. Lisäksi aurinkoenergian fotooloisen sähköntuotantojärjestelmän tulonergian suuren vaihtelun vuoksi aurinkosähkön sähköntuotantojärjestelmän akun latausohjaus on monimutkaisempi kuin tavallisten akkujen. Aurinkovalaisimien suorituskyky riippuu usein varauksen ja purkauksen ohjauspiirin suunnittelusta ja toteutuksesta. Jos korkean suorituskyvyn varaus- ja purkausohjauspiiri puuttuu, aurinkovalaisimien suorituskykyä on vaikea taata.

 

Auringonvaloesto-sähköntuotannon laajalle levinneessä levinnässä lyijyakkujen valinta energian varastointiin on erityisen tärkeää. Auringonvalovoiman tuotanto on osoittanut vahvan kehitysvauhdin. Stoikevoiman tekniikan edistymisen ja edullisten aurinkosähkön moduulien popularisoinnin, sovellusskenaarioiden, kuten aurinkovalaisimien, aurinkosähkön voimalaitoksien ja kotitalouden aurinkosähkölähteet ovat esittäneet korkeammat vaatimukset paristoille. Tällä hetkellä venttiilin säätelemät suljetut lyijyhampa-akut, kolloidiset lyijyhappamerkit ja huoltovapaat lyijyakkut ovat tulleet valtavirran energian säilytysvirtalähteiksi aurinkosähköjärjestelmissä. Näiden paristojen säänkestävyys on ratkaisevan tärkeä järjestelmän vakaan toiminnan varmistamiseksi. Tässä artikkelissa keskitytään lämpötilan vaikutukseen akun kestoan ja kapasiteettiin luonnollisissa ympäristöissä ja vastaavissa ratkaisuissa ja analysoidaan samalla syvästi energian varastointipohjaparistojen valitsemisen avainkohtia.

 

5. Lämpötilan vaikutus lyijyakkujen käyttöikään
VRLA-lyijyakkut ovat erittäin herkkiä lämpötilan muutoksille. Arinius -periaatteen mukaan, kun lämpötila ylittää 40 asteen, sen käyttöikä puolittaa jokaisen 10 asteen nousun. Tärkeimmät syyt akun kestolle ovat rikkihappoelektrolyytin kuivuminen, termisen karkaa ja sisäisen oikosulun.

Rikkihappoelektrolyytin kuivaaminen on yksi avaintekijöistä, jotka vaikuttavat lyijyakkujen elämään. Hapon kuivuminen aiheuttaa akun kapasiteetin vähentymisen tai jopa epäonnistumisen, mikä on lyijyakkujen ainutlaatuinen ongelma. Mahdollisia syitä ovat matala kaasun rekombinaation tehokkuus, vety ja hapen kehitys ja veden haihtuminen, veden vuotaminen akun kuoren sisällä, virheellinen ohjausventtiilin suunnittelu ja epäsuhta latauslaitteiden ja akun jännitteen välillä. On syytä huomata, että ympäristön lämpötilan noustessa kolmen tekijän (2), (3) ja (4) aiheuttama veden menetysaste kiihtyy ja kiihdyttää siten lyijyakun akun kuivumista.

Lisäksi Thermal Runaway on suuri haaste, jota lyijyakut kohtaavat. Lataus- ja purkamisprosessin aikana akku tuottaa lämpöä. Jos sitä ei vapauteta ajoissa, akun lämpötila nousee edelleen. Varsinkin korkean lämpötilan ympäristössä työskenteleessä akun sisälle kertynyt lämpöä on vaikeampaa hajottaa, mikä voi johtaa ylikuumenemiseen, lisääntyneeseen veden menetykseen, lisääntyneeseen sisäiseen resistanssiin ja noidankehään, kehittyen vähitellen lämpövuotoksi ja lopulta aiheuttaen akun vikaantumista.

 

VRLA: n lyijyakkuilla on erittäin huono lämmönjohtavuus ja erittäin pieni lämpökapasiteetti johtuen niiden ainutlaatuisesta vähärasvaisesta nestemäisestä kokoonpanomuunnittelusta ja 10% huokosista erottimessa. Tämä tekee VRLA: n lyijyakkuista alttiimpia lämmön karkotukseen korkean lämpötilan ympäristöissä. Koska turvaventtiilin purkaman kaasun määrä on rajoitettu, on vaikea poistaa lämpöä akun sisällä. Kun lämpövuoto tapahtuu, akku on muodonmuutos, repeytynyt ja epäonnistuu kokonaan.

Toisaalta sisäinen oikosulku on myös syynä lyijyakun vikaantumiseen. Tämä johtuu pääasiassa kalvomateriaalin hajoamisesta ja ikääntymisestä, aktiivisen materiaalin irtoamisesta ja laajenemisesta tai kalvon tunkeutumisesta latausprosessin aikana syntyneiden dendriittien avulla. Syvän purkautumisen jälkeen akun adsorptioerotin on alttiita johtamaan samettia tai dispergoituneita sadetta tai dendriittien muodostumista, mikä johtaa positiivisten ja negatiivisten levyjen mikro-lyhyisiin piireihin.
VRLA: n lyijyhappea-akkujen negatiivisen elektrodin redundanttien suunnittelun vuoksi negatiivisen elektrodin lataustehokkuus on korkeampi kuin positiivisen levyn latauksen varhaisessa ja keskimmäisessä vaiheessa, joten negatiivinen elektrodi tuottaa ensin tarpeeksi samettirääkettä, joka edustaa hapen rekombinaatioreaktiota. Paristojen tuotantoprosessissa akun suorituskyvyn heikkeneminen voidaan hidastaa säätelemällä negatiivisen elektrodin aktiivisen materiaalin määrää.
Lisäksi lisäaineita, kuten metallisuoloja tai oksideja, kuten sinkkiä, kadmiumia, litiumia, kobolttia, kuparia ja magnesiumia, käytetään yleisesti lyijyakkuissa akun suorituskyvyn parantamiseksi. Nämä lisäaineet toimivat vahvoina elektrolyytteinä, ja niiden ionit siirtyvät negatiiviseen elektrodiin purkauksen aikana. Näillä metalli -ioneilla on kemiallinen koordinaatiovaikutus, mikä voi vähentää lyijy sulfaatin muodostumisen todennäköisyyttä. Vaikka lyijysulfaatti muodostuu, sen rakenne on suhteellisen pehmeä ja helpompi pehmentää tai vähentää.

Kun käytät akkua, yritä ylläpitää vakaa lämpötila ja vältä rajuja lämpötilan muutoksia vähentääksesi dendriitin saostumisen mahdollisuutta. Yhteenvetona voidaan todeta, että korkea lämpötila kiihdyttää akun veden menetystä ja kuivausta, lämmön karkaa, positiivista ruudukon korroosiota ja muodonmuutoksia, kun taas matala lämpötila voi aiheuttaa negatiivisen elektrodin passivointihäiriötä. Lämpötilan vaihtelut kiihdyttävät lyijyakkujen sisäistä oikosulua, ja näillä tekijöillä on haitallinen vaikutus akun käyttöikään.

 

Vi. Lämpötilan vaikutus lyijyakun kapasiteettiin

(I) Ensimmäinen varhaisen kapasiteetin menetyksen tyyppi, jota kutsutaan pcl-ⅰ

Tärkein syyllinen lyijyakkukapasiteetin äkilliseen laskuun on estekerros. Tämä este on johdettu PB-CA-SN-AL-seoksen regenerointivaurioista ja puolijohdevaikutuksista. Se rakentaa yksisuuntaisen johtavan esteen positiivisen elektrodin aktiivisen materiaalin ja ruudukon välillä. Tämä estekerros koostuu kompleksista, jolla on puolijohdeominaisuuksia, ja se on herkkä lämpötilaan. Parantamalla puolijohde -dopingprosessia, kuten akkuseoksia ja lyijypasta -lisäaineita, olemme onnistuneesti parantaneet johtavuutta hyödyntämällä puolijohdekiteiden herkkyyttä puhtauteen, mikä lievittää tehokkaasti tätä vikatilan.

 

(Ii) Varhaisen kapasiteetin toinen tyyppi, jota kutsutaan pcl-ⅱ

Todellinen syyllinen lyijyakkukapasiteetin hidas lasku ei ole yleinen ruudukon korroosio, sulfaatio tai aktiivisen materiaalin leviäminen, vaan huokoisten aktiivisten materiaalien laajeneminen. Tämä laajennus on erityisen ilmeinen PBO2 → PBSO4: n pehmenemisprosessissa, mikä ei vain aiheuta positiivisen aktiivisen materiaalin pehmeää ja monimutkaisen rakenteen vaurioitumisen, vaan myös vähitellen aktiivisen materiaalin pehmenemisen ja putoamisen, mikä puolestaan ​​aiheuttaa positiivisen levyn menettämisen kapasiteetin hitaammin.

 

(Iii) Kolmas varhaisen kapasiteetin menetyksen tyyppi, jota kutsutaan pcl-ⅲ

Lyijyhamman paristojen ongelma, joka ei pysty lataamaan, johtuu usein negatiivisten elektrodilisäaineiden aktiivisuuden vähentämisestä tai menetyksestä. Tämä voi johtaa vaikeuksiin lataamisessa, huonossa hyväksymisessä ja riittämättömässä lataamisessa, ja lopulta johtaa negatiivisen levyn pohjan 1\/3 sulfaatioon.

Korkeissa lämpötilan olosuhteissa negatiiviset elektrodilisäaineet hajoavat tai liukenevat elektrolyyttiin, mikä johtaa varhaiseen häviöön ja sitten negatiivisen elektrodin samettiryhmän passivointiin. Päinvastoin, alhaisissa lämpötilan olosuhteissa vähentyneen liukoisuuden vuoksi, vaikka purkausvirta olisi sama kuin pitoisuus matalassa lämpötilassa ja purkausnopeus pysyy muuttumattomana, kylläisyys kasvaa suhteessa alhaiseen tasapainon liukoisuuteen. Lisäksi matala lämpötila lisää happoliuoksen viskositeettia ja vähentää hapon diffuusionopeutta, lisäämällä siten akun sisäistä resistanssia ja vaikuttaen sen nopeaan massansiirtoon.

 

Passivointikerroksen paksuus liittyy läheisesti lyijäsulfaatin kidekokoon, huokoisuuteen ja huokosrakenteeseen, jotka liittyvät läheisesti lyijy sulfaatin liukoisuuteen ja liuoksen kyllästymiseen lyijyelektrodin pinnalla. Matalan lämpötilan, korkean virran tiheyden ja rikkihappopitoisuuden, liuoksen kyllästymisessä negatiivisen elektrodin pinnalle on liian korkea, mikä johtaa passivointikerroksen sakeutumiseen, mikä voi helposti aiheuttaa akun epäonnistumisen purkausvaikeuksien vuoksi. Tällä hetkellä negatiivista levyä ei voida ladata eikä purkaa.

Lämpötilan vaikutuksen mekanismi ja aste yllä oleviin tekijöihin liittyy teorioita useista tieteenaloista, mukaan lukien sähkökemiallinen termodynamiikka, sähkökemiallinen kinetiikka jne. On syytä huomata, että korkea lämpötila aiheuttaa akun lisäaineiden hapettumisen vikaantumisen, mikä puolestaan ​​aiheuttaa aktiivisen materiaalin putoamisen ja nopeuttaa akun varhaisen kapasiteetin rappeutumista. Tämä rappeutuminen lopulta lyhentää lyijyakun käyttöikää ja vähentää sen luotettavuutta.

 

Lisäksi positiivisen levyn korroosio on myös ongelma, jota ei voida sivuuttaa. Kemiallisen termodynamiikan periaatteen mukaan, mitä suurempi ympäristön lämpötila, sitä suurempi lyijyakun purkaussyvyys ja mitä suurempi elektrolyyttitiheys, mikä puolestaan ​​pahentaa ruudukon korroosiota. Pitkäaikainen varastointi sakeuttaa korroosiokerroksen, johon liittyy ruudukon muodonmuutos ja venytys, mikä johtaa ruudukon vetolujuuden vähentymiseen. Kun aktiivinen materiaali putoaa tai korroosiotuote on liian paksu, ruudukonkestävyys kasvaa, mikä vaikuttaa akun kapasiteettiin. Kun akun kapasiteetti laskee 20%, sitä voidaan arvioida epäonnistuneena.

Yhteenvetona voidaan todeta, että akku on sähkökemiallisena säiliönä erittäin herkkä ympäristön lämpötilan muutoksille. Ympäristön lämpötila ei vaikuta vain akun käyttöikään, vaan sillä on myös suora vaikutus sen kapasiteettiin. Nämä kaksi ovat toisiinsa liittyviä ja erottamattomia.

Kolloidisten lyijyakkujen (venttiilin säädettyjen lyijyakkujen akkujen) kehittäminen
Viime vuosina lyijyakkuja on käytetty laajasti aurinkovalaisimien kentällä. Kuitenkin, kun VRLA: n lyijyhampa-paristot toimivat ympäri vuorokauden luonnollisissa ympäristöissä, niiden säävastus kohtaa haasteita, etenkin -20 asteen ~ 40 asteen lämpötila-alueella. Tämän ongelman ratkaisemiseksi olemme onnistuneesti kehittäneet kolloidisen akun, jolla on parempi säänkestävyys, jonka käyttölämpötila-alue voi saavuttaa -40 asteen ~ 60 astetta, laajentaen edelleen lyijyakkujen sovellusaluetta.

 

Kolloidinen lyijyhappea-akku käyttää ainutlaatuisen rikkaan nestekumisejärjestelmän, ja sen hapan neste kasvaa 20% verrattuna VRLA: n lyijyhappea-akkuun. Akku on täynnä geelielektrolyyttiä naparyhmän ympärillä ja säiliöiden välissä, mikä tekee siitä suuren lämmön kapasiteetin ja erinomaisen lämmön hajoamisen. Lisäksi kolloidinen akku voittaa myös edellä mainitut kolme varhaisen kapasiteetin menetyksen ongelmaa, ja sillä on seuraavat merkittävät edut:

 

Ensinnäkin se käyttää erityistä ei-neste-geelielektrolyyttiä positiivisen levyn aktiivisen materiaalin pehmenemistä ja leviämistä lisäämällä kokoonpanon painetta (erityisesti positiivisen levyn pintaan). Samanaikaisesti hyvin suunniteltu ohjausventtiili lisää happea rekombinaatiota ja vähentää veden menetystä pidentäen siten akun käyttöikää.

Toiseksi kolloidisen akun ruudukkorakenne on suunniteltu huolellisesti käyttämällä erityisiä prosessin keinoja ja materiaalimuotoja. Tämä rakenne muodostaa mikroporot, lisää reaktiorajapinta elektrodin ja elektrolyytin välillä, vähentää kosketusvastusta ja vähentää elektrodin polarisaatiota. Tämä parantaa huomattavasti elektrodin aktiivisen materiaalin, lataustehokkuuden sekä akun purkaus- ja lähtötehoa.

 

Lisäksi positiivinen ruudukko käyttää useiden elementtien useiden seosten yhdistelmää, kuten PB-CA-SN-AL-SB-ZN-CD, kun taas negatiivisessa ruudukossa käytetään lyijy-kalsium-tin-aluminumin korkeaa vedyn ylipotentiaalisia materiaaleja. Tällainen suunnittelu ei vain paranna akun kapasiteettia ja käyttöikää, vaan varmistaa myös, että Lead Tin Multi-Element -seoskeräilijällä on pienen sisäisen vastus- ja korroosionkestävyyden ominaisuudet ja se kestää pitkäaikaisen kelluvan varauksen käytön.

 

Lisäksi omaksuttamalla uudet tekniikat ja parantamalla ruudukkomateriaalin kaavaa, kolloidisen lyijyhappea-akun virumiskestävyys ja korroosionkestävyys on parantunut merkittävästi. Samanaikaisesti matalan kestävyyden huokoisten PE-erottimien käyttö ja levylle suunniteltu rikas nestemäinen tila varmistavat, että happo ei vuotaa, saastuttaa ympäristöä tai syövyttää laitteiden osia akun käytön aikana ja voi absorboida kaasukatodin sujuvasti. Nämä parannustoimenpiteet pidentävät entisestään akun käyttöikää.

(Vi) Akunkuoren kansi omaksuu labyrinttityyppisen erityisesti suunniteltu hengittävä venttiili yhdistettynä erityisiin lisäaineen kanssa, mikä vähentää tehokkaasti veden menetystä.

(VII) Käyttämällä lisäaineita, negatiivisen elektrodin normaali lataustila voidaan ylläpitää, negatiivinen elektrodin sulfidaatio voidaan estää ja negatiivinen elektrodin itsemäärääminen voidaan vähentää. Tämä ei vain varmista negatiivisen elektrodin vakaan latauksen, vaan myös vähentää positiivisen elektrodin polarisaatiopotentiaalia, hidastaen siten positiivisen ruudukon korroosiota ja pidentää edelleen akun käyttöaikaista käyttöikää.

 

Seuraavaksi tutkimme aurinkosähkön sähköntuotannon kehityshistoriaa ja nykytilaa. Ensimmäisen käytännöllisen aurinkosähkön syntymän jälkeen vuonna 1954 aurinkoenergian fotoolainen sähköntuotanto on edistynyt merkittävästi. Vaikka sen kehitysnopeus on hiukan hitaampi kuin tietokoneiden ja kuituoptisen viestinnän, energian kysyntä ja tavanomaisen energian rajoitukset ovat vähitellen herättäneet huomion aurinkosähköisen sähköntuotantoon. Erityisesti öljykriisi vuonna 1973 ja 1990 -luvun ympäristön pilaantumisongelmat edistivät aurinkosähkön voimantuotantotekniikan nopeaa kehitystä. Sen kehitysprosessi voidaan tiivistää seuraaviin vaiheisiin:
Vuonna 1893 ranskalainen tiedemies Becquerel löysi "aurinkosähkövaikutuksen", joka loi perustan aurinkosähköteknologian kehittämiselle. Myöhemmin Adams ja muut löysivät solid-state-aurinkosähkövaikutuksen metalleihin ja seleenilevyihin vuonna 1876, avaamalla uuden luvun aurinkosähköteknologiassa. Vuonna 1883 tehtiin ensimmäinen "seleenivalokenttä" ja sitä käytettiin herkänä laitteena eri aloilla.

 

1900 -luvulle saapuessaan aurinkosähköteknologia on edistynyt merkittävästi. Vuonna 1930 Schottky ehdotti Cu2O -esteen "aurinkosähkövaikutus" -teoriaa, joka tarjosi tärkeätä tukea myöhempää tutkimusta. Samana vuonna Langer ehdotti ensin "aurinkosähkövaikutusta" "aurinkokennojen" valmistamiseksi aurinkoenergian muuntamisen saavuttamiseksi sähköenergiaksi.

 

Tutkimuksen syventämisen myötä aurinkosähkökennojen tehokkuutta on jatkuvasti parantunut. Vuonna 1954 Chabin ja Pirson tekivät menestyksekkäästi käytännölliset yksikristallit aurinkokennot Bell Laboratoriesissa Yhdysvalloissa, ja tehokkuus oli 6%, mikä merkitsi, että aurinkosähköteknologia on tullut uuteen kehitysvaiheeseen. Samana vuonna Wecker löysi gallium-arsenidin aurinkosähkövaikutuksen ja teki ohutkalvojen aurinkokennoista edistäen edelleen tekniikan kehitystä.

 

Myöhemmin maat ovat omistautuneet aurinkosähköteknologian tutkimukseen ja kehittämiseen. Vuonna 1958 aurinkokennoja käytettiin ensimmäistä kertaa avaruudessa, joka oli varustettu American Pioneer 1 -satelliitin virtalähteellä, mikä osoittaa sen laajat sovellusnäkymät. Polykystallisen piin aurinkokennojen syntyessä ja piin aurinkokennojen ruudukkoon liittyvässä toiminnassa aurinkosähköteknologiasta on vähitellen tullut luotettava energialiuos.

 

1990 -luvulle saapumisen jälkeen aurinkosähköteknologia on edistynyt läpimurtoon. Gallium-arsenidisolujen aurinkokennojen fotoelektrinen muuntamistehokkuus on saavuttanut 13%, ja myös ohutkalvojen kadmiumsulfidien aurinkokennojen tehokkuus on saavuttanut 8%. Lisäksi ultraviolettisolujen ja takaisin kenttäsolujen onnistunut kehitys on edelleen parantanut aurinkosähkökennojen tehokkuutta ja levitysaluetta.

 

Kun maailman uusiutuvan energian pyrkimys muuttuu yhä kiireellisemmäksi, aurinkosähköteknologiasta on tullut kuuma tutkimusaihe. Maat ovat ehdottaneet aurinkosähköä kattosuunnitelmia ja kehitystavoitteita aurinkosähköteknologian laajalle levinneen soveltamisen edistämiseksi. Vuoden 1997 jälkeen Yhdysvallat, Japani ja Euroopan unioni ovat kaikki ehdottaneet suuria aurinkosähkökehityssuunnitelmia, mikä osoittaa, että aurinkosähköteknologia on menossa uuteen kehitysvaiheeseen.

 

Tällä hetkellä aurinkosähköteknologian soveltamisesta on tullut yhä laajempaa, sillä se ei ole vain tärkeä rooli sähkökentällä, vaan myös puhdasta ja tehokkaita energiaratkaisuja kuljetukseen, rakentamiseen ja muihin aloihin. Tulevaisuuteen nähden aurinkosähköteknologian odotetaan olevan tärkeämpi asema globaalilla energia -alalla ja antavan paremman panoksen ihmiskunnan kestävään kehitykseen.