Visaptverošs saules bateriju ievads un pārskats

I. Visaptveroša saules bateriju analīze
Saules baterijas kā ierīce, kas pārvērš saules enerģiju elektriskajā enerģijā, pēdējos gados ir piesaistījusi lielu uzmanību. Tā darba princips ir balstīts uz fotoelektrisko efektu. Augstot fotonus saules gaismā, tiek stimulēti elektroni un caurumi, un pēc tam tiek ģenerēta strāva. Saules baterijām ir priekšrocības, ka tās ir videi draudzīgas, atjaunojamas un bez piesārņojuma, un tās plaši izmanto daudzās jomās, piemēram, mājās, nozarēs un pārvadājumos. Tālāk mēs sniegsim visaptverošu ievadu un saules bateriju pārskatu.

 

II. 1. Saules bateriju pārskats
Saules enerģija, kas ieņem galveno pozīciju atjaunojamajā enerģijā, savu enerģiju iegūst no saules gaismas, ar kuru mēs esam pazīstami. Biomasas enerģija, vēja enerģija, okeāna enerģija un hidroenerģija, šīs šķietami daudzveidīgās enerģijas formas faktiski ir visas sekas līdz saules enerģijas avotam. Plaši runājot, saules enerģija aptver visu iepriekšminēto atjaunojamo enerģiju. Kad mēs īpaši dēvējam par saules enerģiju kā atjaunojamo enerģijas avotu, mēs parasti atsaucamies uz tiešu saules enerģijas pārveidošanu un izmantošanu.

Saules termiskās izmantošanas tehnoloģija, tas ir, efektīva saules starojuma enerģijas pārvēršana siltumenerģijā, izmantojot pārveidošanas ierīci, un pēc tam šīs siltumenerģijas izmantošana elektrības ražošanai. Tāpat svarīga tehnoloģija ir saules starojuma enerģijas pārveidošanas process, kas ir saules starojuma enerģijas pārvēršana elektriskajā enerģijā, ir arī saules fotoelektriskās enerģijas ražošanas tehnoloģija. Šajā laukā galvenā loma ir fotoelektriskām pārveidošanas ierīcēm, piemēram, pusvadītāju ierīču fotoelektriskajai efekta principam.

Piecdesmitajos gados saules enerģijas izmantošanas jomā tika ieviests svarīgs tehnoloģiskais lēciens. 1954. gadā Bell Laboratories Amerikas Savienotajās Valstīs veiksmīgi izstrādāja 6% praktisku viena kristāla silīcija šūnu, liekot pamatus saules bateriju praktiskai pielietošanai. 1955. gadā Izraēlas Tabors ierosināja svarīgu selektīvās absorbcijas virsmas teoriju un, pamatojoties uz šo teoriju, izstrādāja efektīvu selektīvu saules absorbcijas pārklājumu, kas vēl vairāk veicināja saules enerģijas izmantošanas tehnoloģijas attīstību.

Turklāt saules baterijas parāda arī to unikālās īpašības. Tas ir līdzīgs milzīgam PN krustojumam, kas var efektīvi pārveidot saules enerģiju elektriskajā enerģijā. Standarta apgaismojuma apstākļos saules baterijas var radīt nominālo izejas spriegumu 0. 48v. Tajā pašā laikā tam ir arī visas PN krustojuma īpašības, kas tai ļauj nepārtraukti ražot elektrību saules gaismā.

Praktiskā lietojumā saules bateriju moduļus parasti savieno vairākas saules baterijas un izmanto saules apgaismojuma armatūrā un citā aprīkojumā. Šiem komponentiem ir negatīvs temperatūras koeficients, tas ir, spriegums samazināsies par 2 mV, lai paaugstinātu temperatūru. Tajā pašā laikā viņiem ir arī galvenie parametri, piemēram, ISC (īssavienojuma strāva), IM (maksimālā strāva), GOS (atvērtā ķēdes spriegums), VM (maksimālais spriegums) un PM (maksimālā jauda), kas ir nepieciešami normālai darbībai un optimizēšanai.

Ir vērts pieminēt, ka saules baterijas atvērtā shēma vai īssavienojuma stāvoklis to nesabojās. Faktiski mēs izmantojam šo funkciju, lai kontrolētu sistēmas akumulatora uzlādi un izlādi. Šī saprātīgā kontroles metode vēl vairāk nodrošina saules baterijas stabilitāti un izturību.
Saules šūnas izejas jaudu WP mēra standarta saules gaismas apstākļos. Šis nosacījums seko Eiropas Komisijas 101 standartam, ieskaitot starojuma intensitāti 1000W\/m2, gaisa masu AM1,5 un akumulatora temperatūru 25 grādos. Praktiskā pielietojumā šādi apstākļi ir aptuveni līdzvērtīgi saules gaismai ap pusdienlaiku saulainā dienā. Tomēr daudzi cilvēki kļūdaini uzskata, ka, kamēr ir saules gaisma, saules baterija var radīt nominālo izejas jaudu un pat domāt, ka to naktī var parasti izmantot zem dienasgaismas spuldzēm. Faktiski saules šūnu izejas jauda mainās dinamiski, un to ietekmē daudzi faktori, piemēram, laiks un vieta. Tāpēc vienas un tās pašas saules baterijas izejas jauda dažādos laikos un vietās būs atšķirīga.

 

III. 2. Fotoelektriskais efekts
Fotoelektriskais efekts vai īss foto efekts attiecas uz iespējamās atšķirības fenomenu starp dažādām nehomogēna pusvadītāja daļām vai pusvadītāja kombināciju un metālu apgaismojumā. Saules baterijas izmanto šo efektu, lai ar fotoelektriskās pārveidošanas principu pārvērstu saules starojumu elektriskajā enerģijā. Šo fotoelektrisko pārveidošanas procesu sauc par “fotoelektrisko efektu”, tāpēc saules baterijas sauc arī par “fotoelektriskajām šūnām”.

Pusvadītāju materiāls, ko izmanto saules baterijām, ir īpaša viela, kuras īpašības ir starp vadītājiem un izolatoriem. Līdzīgi kā parasto vielu atomi, pusvadītāju atomi sastāv no pozitīvi lādētiem kodoliem un negatīvi uzlādēti elektroni. Piemēram, pusvadītāju silīcija, atomu ārējā slānī ir 4 elektroni, kas pārvietojas ap kodolu fiksētās orbītās. Kad šie elektroni ir satraukti par ārējo enerģiju, šie elektroni atdalīsies no orbītas un kļūs par brīviem elektroniem, atstājot “caurumu” sākotnējā stāvoklī.

Tīros silīcija kristālos brīvo elektronu un caurumu skaits ir vienāds. Tomēr, dopējot ar īpašiem elementiem, piemēram, boru un galliju, silīcija vadošās īpašības var mainīt. Šie elementi var uztvert elektronus, pārvēršot silīciju par cauruma tipa pusvadītāju, ko attēlo simbols P; Kaut arī tādu elementu kā fosfora un arsēna pievienošana pārvērtīs silīciju par elektronu tipa pusvadītāju, ko attēlo simbols N. Kad šie divi pusvadītāji apvieno, to saskarne veidos PN krustojumu. Tieši šis PN krustojums ir saules baterijas kodols. Tas ir kā barjera, kas kavē elektronu un caurumu brīvu kustību.

Kad saules baterija ir pakļauta saules gaismai, elektroni absorbē gaismas enerģiju un pārvietojas uz N veida reģionu, izraisot N-veida reģiona negatīvi uzlādēšanu; Tajā pašā laikā caurumi pāriet uz P-Type reģionu, padarot P veida reģionu pozitīvi uzlādētu. Tādā veidā abos PN krustojuma galos tiek ģenerēts elektromotīvais spēks, ko parasti sauc par spriegumu. Ja metāla vadi tiek metināti attiecīgi P-veida slānī un N veida slānī un slodze ir savienota, strāva plūst ārējā ķēdē. Pievienojot vairākus šādus akumulatora elementus virknē un paralēli, var radīt nepieciešamo spriegumu un strāvas izvadi.

Pašlaik nobriedušākā un komerciāli vērtīgākā saules baterija ir silīcija saules baterija.
Saules baterijām, ierīcei, kas caur fotoelektrisko efektu efektīvi pārvērš saules enerģiju elektriskajā enerģijā, ir pamata struktūra, kā parādīts iepriekš redzamajā attēlā. Kad divi dažādi pusvadītāju materiālu veidi-N-Type un P-Type-nonāk saskarē savā starpā, to saskarnē to saskarnē veidojas iebūvēts elektriskais lauks, kas norāda no P veida uz N tipu. Kad saules šūnas virsma spīd saules gaismā, fotoni ar enerģiju, kas pārsniedz joslas krātuvi, uzbudinās elektronu un caurumu pārus. Šie nesabalansētie minoritātes nesēji ir efektīvi atdalīti iekšējā elektriskā lauka darbībā un uzkrājas akumulatora pozitīvajā un negatīvajā elektrodā, tādējādi nodrošinot ārējās slodzes stabilu strāvas jaudu.

 

Iv. 3. Kristālisko silīcija saules bateriju attīstības tendence
Kristāliskās silīcija saules baterijas attīstās augstas efektivitātes un plānas plēves virzienā. Runājot par augstas efektivitātes monokristāliskām silīcija šūnām, Stenfordas universitātes aizmugures punkta kontakt šūna (PCC), Jaunās Dienvidvelsas Universitātes (UNSW) pasīvā emitētāja reģiona šūna (PESC, perc, perl), un Lokalizētā muguras virsmas lauks (LBSF) FRAMHOFER institūta, kas paredzēts vācijai, Vācijai. Tajā pašā laikā daudz uzmanības piesaistīja arī polikristāliskā silīcija augstas efektivitātes šūnas. Viņu priekšrocība ir tā, ka viņi var tieši sagatavot liela izmēra kvadrātveida silīcija lietņus, kas piemēroti liela mēroga ražošanai, ar vienkāršu aprīkojumu un enerģijas taupīšanas ražošanas procesu. Lai arī polikristālisko silīcija šūnu efektivitāti ietekmē materiāls un graudu robežas, tā veiktspēja ir ievērojami uzlabojusies, pieņemot tādas tehnoloģijas kā iegūšana, pasivācijas un muguras lauks. Starp tiem parasto alumīnija iegūšanas procesu veido saķepināšana pēc alumīnija plēves iztvaikošanas šūnas aizmugurē, kas ne tikai vienkāršo ražošanas procesu, bet arī palīdz uzlabot šūnas efektivitāti. Turklāt ūdeņraža pasivācija kā efektīva metode polikristāliskā silīcija kvalitātes uzlabošanai var ievērojami samazināt defektus, piemēram, silīcija ķermenī karājošās saites, izmantojot jonu implantāciju vai ārstēšanu ar plazmu. Tajā pašā laikā uz polikristālisko silīcija saules bateriju virsmas ar PECVD uz polikristālisko silīcija saules bateriju virsmas tiek pārklāts ar polikristālisko silīcija saules bateriju virsmu, kas var sasniegt arī polikristāliskā silīcija pasivāciju. Turklāt virsmas skābekļa pasivācijas tehnoloģija ir plaši izmantota arī augstas efektivitātes saules baterijās, īpaši fotoelektriskās pakāpes kristāliskos silīcija materiālos, kur efekts ir acīmredzamāks. Termiskā oksidācija ir viens no parasti izmantotajiem tehniskajiem līdzekļiem, un PECVD virsmas oksidācija zemākā temperatūrā parāda arī noteiktu potenciālu.
Polikristālisko silīcija saules bateriju virsmas apstrāde

Sakarā ar vairāku kristālu orientāciju klātbūtni uz polikristālisko silīcija saules bateriju virsmas, ir grūti iegūt ideālu samta struktūru, kodinot kā viena kristāla silīcija ar (100) kristāla orientāciju. Tāpēc pētnieki ir apņēmušies izpētīt dažādas virsmas ārstēšanas metodes, lai sasniegtu anti-refleksijas mērķi. Starp tiem vairāku asmeņu slīpēšanas riteņu izmantošana silīcija vafeļu virsmas gropē var saīsināt 10 cm × 10 cm silīcija vafeļu procesa laiku līdz 30 sekundēm, parādot noteiktu praktisku potenciālu.

Turklāt porains silīcijs tiek uzskatīts arī par praktisku iespēju anti-refleksijas plēvēm polikristāliskiem silīcija saules baterijām. Tās anti-refleksijas efekts ir salīdzināms ar dubultās pretrefleksijas plēvēm, tādējādi palielinot polikristālisko silīcija šūnu efektivitāti līdz 13,4%.

Plānas filmas bateriju izpēte un attīstība

Lai vēl vairāk samazinātu saules bateriju izmaksas, fotoelektriskais lauks turpina izpētīt plānas filmas bateriju izpēti un attīstību. Pašlaik ir veiksmīgi izstrādāti amorfā silīcija plānas filmas baterijas, gallija sulfīda (CDTE) baterijas un vara indija selenīda (CIS) baterijas. Jo īpaši amorfām silīcija baterijām ir salīdzinoši vienkāršs sagatavošanas process un zemas izmaksas, un tās ir pievērsušas plašu uzmanību.

 

Saules bateriju iepakojums

Saules bateriju iepakojuma forma ir būtiska akumulatora darba laikā. Pašlaik laminēšanas process ir kļuvis par galveno, kas vairāk nekā 25 gadus var nodrošināt saules bateriju darba laiku. Turpretī, kaut arī sākotnējais pilienu iekapsulēšanas izskats ir skaists, saules baterijas darba laiks ir ierobežots līdz 1 ~ 2 gadiem. Tāpēc tādās lietojumprogrammās kā mazjaudas saules lukturi, kuriem nav nepieciešams augsts dzīves ilgums, var izmantot pilienu iekapsulēšanas formu; Lai gan saules gaismām ar skaidru kalpošanas laiku ieteicams izvēlēties laminētu iekapsulēšanas formu. Turklāt saules bateriju pilienu iekapsulēšanai tiek izmantots arī jauna veida silikona želejas materiāls, un tā darba dzīve ir līdz 10 gadiem.

 

Fotoelektrisko enerģijas ražošanas sistēmu klasifikācija

Fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmas var iedalīt divos veidos: neatkarīgas un ar režģi savienotas. Neatkarīgās fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmas galvenokārt izmanto attālos apgabalos vai apgabalos bez tīkla pārklājuma; Kamēr ar režģi savienotas fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmas ir savienotas ar režģi, un ģenerēto elektrību var tieši ievadīt režģī.

1. Neatkarīgās Saules maiņstrāvas enerģijas ražošanas sistēmas parasti ietver šādus pamatkomponentus:

Saules šūnu masīvs: tas sastāv no saules bateriju moduļiem, kas sakārtoti un savienoti noteiktā veidā, kurus atbalsta iekavas un pamati.

Enerģijas uzglabāšanas akumulators: to var izvēlēties atbilstoši faktiskajām vajadzībām un var būt dažāda veida uzlādējamās baterijas.

Kontrolieris: tas ir īpaši atbildīgs par saules bateriju masīva uzlādes procesa kontroli uz enerģijas uzglabāšanas akumulatoru. Tam ir vairākas aizsardzības funkcijas, lai nodrošinātu drošu un stabilu sistēmas darbību.
Invertors: ierīce, kas konvertē līdzstrāvas jaudu, ko nodrošina enerģijas akumulatora akumulators, vajadzīgajā maiņstrāvā. Piemēram, Ķīnā izejas spriegums ir 220 V un frekvence ir 50Hz.
Izplatīšanas lodziņš un vadu savienošana: atbildīgs par dažādu sistēmas komponentu savienošanu un izejas jaudas pārvaldību.

 

2. Neatkarīgā saules līdzstrāvas enerģijas ražošanas sistēma
Parasti ietver šādas galvenās sastāvdaļas:

Saules šūnu masīvs: tas sastāv no saules bateriju moduļiem, kas sakārtoti un savienoti noteiktā veidā, kurus stingri atbalsta iekavas un pamati.

Enerģijas uzkrāšanas akumulators: tas tiek izvēlēts atbilstoši faktiskajām lietošanas vajadzībām un var ietvert dažāda veida uzlādējamās baterijas.

Kontrolieris: tas ir īpaši atbildīgs par saules bateriju masīva uzlādes procesa uzraudzību un kontroli uz enerģijas uzglabāšanas akumulatoru. Tās iebūvētās vairākas aizsardzības funkcijas ir paredzētas, lai nodrošinātu nepārtrauktu drošu un stabilu sistēmas darbību.

Izplatīšanas lodziņš un savienošanas vadi: atbildīgs par dažādu komponentu savienošanu sistēmā viens ar otru un efektīvi pārvaldīt izejas jaudu.

 

3. Ar režģi savienota Saules maiņstrāvas enerģijas ražošanas sistēma
Ar režģi savienota Saules maiņstrāvas enerģijas ražošanas sistēma parasti ietver šādas sastāvdaļas:

Saules šūnu masīvs: tas sastāv no saules bateriju moduļiem, kas sakārtoti un savienoti noteiktā veidā, kurus stingri atbalsta iekavas un pamati.

Enerģijas uzkrāšanas akumulators: atlasiet atbilstoši faktiskajām lietošanas vajadzībām, kas var ietvert dažāda veida uzlādējamās baterijas.

Kontrolieris: atbildīgs par saules masīva uzlādes procesa uzraudzību un kontroli enerģijas uzglabāšanas akumulatoram. Tās iebūvētās vairākas aizsardzības funkcijas nodrošina nepārtrauktu drošu un stabilu sistēmas darbību.

Ar režģi savienots invertors: konvertē enerģijas uzkrāšanas akumulatora līdzstrāvas jaudu nepieciešamajā maiņstrāvas jaudā, piemēram, 220V50Hz, ko parasti izmanto Ķīnā.

Izplatīšanas lodziņš un vadu savienošana: atbildīgs par dažādu komponentu izejas jaudas savienošanu un pārvaldību sistēmā.

Turklāt Saules apgaismojuma sistēmas ir arī svarīga lietojumprogrammu zona. Saules lukturu projektēšanai jāapsver īpašie lietošanas laukuma nosacījumi. Austrumķīnā atbilstošā attiecība starp saules bateriju moduļa nominālo izejas jaudu un lukturu ieejas jaudu ir aptuveni 2 ~ 4: 1, un īpašā attiecība ir atkarīga no lampu darba laika un nepārtraukto lietaino dienu apgaismojuma vajadzībām. Saules bateriju uzstādīšana ir arī galvenā saite. Tā slīpuma leņķis un virziens ietekmēs izejas jaudu un kalpošanas laiku. Yangtze upes apakšējā daļā ideāls saules bateriju slīpuma leņķis ir aptuveni 40 grādi, kas vērsti uz dienvidiem. Tajā pašā laikā, lai novērstu tā dēvēto "siltuma salas efektu", tas ir, pēc bloķēšanas var sabojāt vienu saules bateriju, faktiski tiek izmantots saules bateriju modulis, kas sastāv no vairākām saules baterijām, un tiek veikti tādi pasākumi kā putnu necaurlaidīgu tapu slīpēšana un uzstādīšana.

Neatkarīgi no saules lukturu stila un jaudas, lādiņa un izlādes vadības shēma, kas ir viena no tās galvenajām sastāvdaļām, ir būtiska. Lai nodrošinātu akumulatora izturību, tā uzlādes un izlādes apstākļi ir stingri jākontrolē, lai novērstu pārmērīgu uzlādi un dziļu izlādi. Turklāt, ņemot vērā lielās saules fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmas ieejas enerģijas svārstības, akumulatora uzlādes vadība fotoelektriskās enerģijas ražošanas sistēmā ir sarežģītāka nekā parastās baterijas. Saules lukturu veiktspēja bieži ir atkarīga no lādiņa un izlādes vadības ķēdes projektēšanas un ieviešanas. Ja trūkst augstas veiktspējas uzlādes un izlādes vadības ķēdes, saules lukturu veiktspēju būs grūti garantēt.

 

Saules fotoelektriskās enerģijas ražošanas plaši izplatītās lietošanas kontekstā ir īpaši svarīga svina-skābes bateriju izvēle enerģijas uzkrāšanai. Sākot no liela mēroga saules fotoelektriskajiem projektiem Eiropā un Amerikas Savienotajās Valstīs līdz manas valsts Guanging projektam, saules fotoelektriskās enerģijas ražošana ir parādījusi spēcīgu attīstības impulsu. Pagatavojot fotoelektrisko tehnoloģiju un lēto fotoelektrisko moduļu popularizēšanu, pielietojuma scenāriji, piemēram, saules lampas, fotoelektriskās strāvas stacijas un mājsaimniecības fotoelektriskie enerģijas avoti, ir izvirzījuši augstākas prasības baterijām. Pašlaik vārstu regulētās noslēgtās svina-skābes baterijas, koloidālās svina-skābes baterijas un bez apkopes svina-skābes baterijas ir kļuvušas par galvenajiem enerģijas uzglabāšanas enerģijas avotiem fotoelektriskajās sistēmās. Šo bateriju laika apstākļu izturība ir būtiska, lai nodrošinātu stabilu sistēmas darbību. Šajā rakstā galvenā uzmanība tiks pievērsta temperatūras ietekmei uz akumulatora darbības laiku un jaudu dabiskā vidē un attiecīgajos risinājumos, un tajā pašā laikā dziļi analizē enerģijas uzglabāšanas svina-skābes bateriju izvēles galvenos punktus.

 

5. Temperatūras ietekme uz svina-skābes bateriju kalpošanas laiku
VRLA svina-skābes baterijas ir ļoti jutīgas pret temperatūras izmaiņām. Saskaņā ar Ariniusa principu, kad temperatūra pārsniedz 40 grādus, tā kalpošanas laiks tiks samazināts uz pusi uz katriem 10 grādiem. Galvenie akumulatora darbības laika iemesli ir sērskābes elektrolīta, termiskās bēgšanas un iekšējās īssavienojuma izžūšana.

Sērskābes elektrolīta žāvēšana ir viens no galvenajiem faktoriem, kas ietekmē svina-skābes bateriju dzīvi. Skābes izžūšana izraisīs akumulatora ietilpības samazināšanos vai pat pilnībā neizdoties, kas ir problēma, kas raksturīga tikai svina-skābes baterijām. Iespējamie iemesli ir zemas gāzes rekombinācijas efektivitāte, ūdeņraža un skābekļa evolūcija un ūdens iztvaikošana, ūdens noplūde akumulatora apvalka iekšpusē, nepareiza vadības vārsta konstrukcija un neatbilstība starp uzlādes iekārtām un akumulatora spriegumu. Ir vērts atzīmēt, ka, paaugstinoties apkārtējā temperatūrai, ūdens zudumu līmenis, ko izraisa trīs faktori (2), (3) un (4), paātrināsies, tādējādi paātrinot svina-skābes akumulatora izžūšanu.

Turklāt termiskā bēgšana ir arī galvenais izaicinājums, ar kuru saskaras svina skābes baterijas. Uzlādes un izlādes procesa laikā akumulators ģenerē siltumu. Ja tas netiek novadīts laikā, akumulatora temperatūra turpinās paaugstināties. Īpaši, strādājot augstas temperatūras vidē, akumulatora iekšpusē uzkrāto siltumu ir grūtāk izkliedēt, kas var izraisīt pārkaršanu, palielināt ūdens zudumu, paaugstinātu iekšējo pretestību un apburto ciklu, pakāpeniski attīstoties termiskam bēgumam un galu galā izraisot akumulatora kļūmi.

 

VRLA svina-skābes baterijām ir ārkārtīgi slikta siltumvadītspēja un ārkārtīgi maza siltuma jauda, ​​ņemot vērā to unikālo liesās šķidruma cieši montāžas dizainu un 10% poras separatorā. Tas padara VRLA svina-skābes baterijas lielāku noslieci uz termisko bēgšanu vidē augstā temperatūrā. Tā kā drošības vārsta izvadītais gāzes daudzums ir ierobežots, ir grūti noņemt siltumu akumulatora iekšpusē. Kad notiek termiskā bēgšana, akumulators būs smagi deformēts, plīsis un pilnībā neizdosies.

No otras puses, iekšējā īssavienojums ir arī svina-skābes akumulatora kļūmes iemesls. To galvenokārt izraisa diafragmas materiāla sadalīšanās un novecošanās, aktīvā materiāla izmešana un paplašināšana vai diafragmas iespiešanās ar dendrītiem, kas ģenerēti uzlādes procesā. Pēc dziļas izlādes akumulatora adsorbcijas atdalītājam ir tendence uz svina samtu vai izkliedētiem nokrišņiem vai dendrītu veidošanos, kā rezultātā tiek iegūtas pozitīvas un negatīvas plāksnes mikrokomasas.
Sakarā ar negatīvo VRLA svina-skābes bateriju lieko elektrodu, negatīvā elektrodu uzlādes efektivitāte ir augstāka nekā pozitīvajai plāksnei lādēšanas agrīnā un vidējā stadijā, tāpēc negatīvais elektrods vispirms ģenerēs pietiekami daudz samta svina, kas veicina skābekļa rekombinācijas reakciju. Bateriju ražošanas procesā akumulatora veiktspējas noārdīšanos var palēnināt, kontrolējot negatīvā elektrodu aktīvā materiāla daudzumu.
Turklāt tādas piedevas kā metāla sāļi vai oksīdi, piemēram, cinks, kadmijs, litijs, kobalts, varš un magnijs, parasti izmanto svina-skābes baterijās, lai uzlabotu akumulatora veiktspēju. Šīs piedevas darbojas kā spēcīgi elektrolīti, un to joni izlādes laikā migrē uz negatīvo elektrodu. Šiem metāla joniem ir ķīmiska koordinācijas efekts, kas var samazināt svina sulfātu veidošanās varbūtību. Pat ja veidojas svina sulfāts, tā struktūra ir samērā mīksta un vieglāk mīkstināt vai samazināt.

Izmantojot akumulatoru, mēģiniet saglabāt stabilu temperatūru un izvairīties no krasām temperatūras izmaiņām, lai samazinātu dendrīta nokrišņu iespējas. Rezumējot, augsta temperatūra paātrinās akumulatora ūdens zudumus un žāvēšanu, termiski bēguļojošu, pozitīvu režģa koroziju un deformāciju, savukārt zema temperatūra var izraisīt negatīvu elektrodu pasivācijas kļūmi. Temperatūras svārstības paātrinās svina-skābes bateriju iekšējo īssavienojumu, un šie faktori negatīvi ietekmēs akumulatora darbības laiku.

 

Vi. Temperatūras ietekme uz svina skābes akumulatora ietilpību

I) pirmais agrīnās jaudas zaudējumu veids, ko dēvē par PCL-ⅰ

Galvenais vainīgais pēkšņa svina skābes akumulatora ietilpības kritumam ir barjeru slānis. Šī barjera ir iegūta no PB-CA-SN-Al sakausējuma reģenerācijas defektiem un pusvadītāju efektiem. Tas veido vienvirziena vadošu barjeru starp pozitīvo elektrodu aktīvo materiālu un režģi. Šis barjeras slānis sastāv no sarežģītiem kristāliem ar pusvadītāju īpašībām un ir jutīgs pret temperatūru. Uzlabojot pusvadītāju dopinga procesu, piemēram, akumulatoru sakausējumus un svina pastas piedevas, mēs esam veiksmīgi uzlabojuši vadītspēju, izmantojot pusvadītāju kristālu jutīgumu līdz tīrībai, tādējādi efektīvi atvieglojot šo kļūmes režīmu.

 

(Ii) otrais agrīnās jaudas zudumu veids, ko dēvē par PCL-ⅱ

Īsts vaininieks lēnajam svina skābes akumulatora ietilpības kritumam nav parastā režģa korozija, sulfācija vai aktīvā materiāla izdalīšanās, bet gan porainu aktīvo materiālu paplašināšanās. Šī paplašināšanās ir īpaši acīmredzama PBO2 → PBSO4 mīkstināšanas procesā, kas ne tikai izraisa pozitīvā aktīvā materiāla bojājumu un sarežģīto struktūru bojāšanu, bet arī pakāpeniski izraisa aktīvo materiālu mīkstināt un nokrist, kas savukārt izraisa pozitīvo plāksni zaudēt jaudu ar lēnāku ātrumu.

 

(Iii) trešais agrīnās jaudas zudumu veids, ko dēvē par PCL-ⅲ

Svina-skābes bateriju problēma, kas nespēj uzlādēt, bieži izriet no negatīvo elektrodu piedevu aktivitātes samazināšanas vai zaudēšanas. Tas var izraisīt grūtības uzlādēt, sliktu pieņemt un nepietiekamu uzlādēšanu un galu galā izraisīt negatīvās plāksnes apakšējo 1\/3 sulfāciju.

Augstas temperatūras apstākļos negatīvās elektrodu piedevas sadalīsies vai izšķīst elektrolītā, izraisot agrīnus zaudējumus un pēc tam negatīvā elektrodu samta svina pasivāciju. Tieši pretēji, zemas temperatūras apstākļos samazinātas šķīdības dēļ, pat ja izlādes strāva ir tāda pati kā koncentrācija zemā temperatūrā un izlādes ātrums paliek nemainīgs, piesātinājums palielināsies attiecībā pret zemu līdzsvara šķīdību. Turklāt zema temperatūra palielinās skābes šķīduma viskozitāti un samazinās skābes difūzijas ātrumu, tādējādi palielinot akumulatora iekšējo pretestību un ietekmējot tā ātrgaitas masas pārneses veiktspēju.

 

Pasīvas slāņa biezums ir cieši saistīts ar svina sulfāta kristāla lielumu, porainību un poru struktūru, kas ir cieši saistīta ar svina sulfāta šķīdību un šķīduma piesātinājumu uz svina elektroda virsmas. Zemā temperatūrā, augsts strāvas blīvums un sērskābes koncentrācija, šķīduma piesātinājums uz negatīvā elektroda virsmas būs pārāk augsts, kā rezultātā tiks sabiezināts pasivācijas slānis, kas var viegli izraisīt akumulatora neizdošanos izlādes grūtību dēļ. Šajā laikā negatīvo plāksni nevar ne iekasēt, ne izrakstīt.

Temperatūras ietekmes mehānisms un pakāpe uz iepriekš minētajiem faktoriem ir vairāku disciplīnu, ieskaitot elektroķīmisko termodinamiku, elektroķīmisko kinētiku, teorijas utt. Ir vērts atzīmēt, ka augsta temperatūra tomēr izraisa piedevu oksidācijas kļūmi akumulatorā, kas savukārt izraisa aktīvā materiāla nokrīt un paātrina akumulatora agrīno ietilpību. Šī sabrukšana galu galā saīsinās svina-skābes akumulatora kalpošanas laiku un samazinās tā uzticamību.

 

Turklāt pozitīvās plāksnes korozija ir arī problēma, kuru nevar ignorēt. Saskaņā ar ķīmiskās termodinamikas principu, jo augstāka ir apkārtējā temperatūra, jo lielāks ir svina-skābes akumulatora izplūdes dziļums un jo lielāks ir elektrolītu blīvums, kas savukārt saasina režģa koroziju. Ilgstoša uzglabāšana sabiezēs korozijas slāni, ko papildina režģa deformācija un stiepšanās, kā rezultātā samazinās režģa stiepes izturība. Kad aktīvais materiāls nokrīt vai korozijas produkts ir pārāk biezs, režģa pretestība palielināsies, tādējādi ietekmējot akumulatora ietilpību. Kad akumulatora ietilpība samazinās par 20%, to var uzskatīt par neveiksmīgu.

Rezumējot, kā elektroķīmiskais konteiners, akumulators ir ļoti jutīgs pret apkārtējās vides temperatūras izmaiņām. Apkārtējā temperatūra ne tikai ietekmē akumulatora kalpošanas laiku, bet arī tieši ietekmē tā ietilpību. Abas ir savstarpēji saistītas un neatdalāmas.

Koloidālo svina-skābes bateriju izstrāde (vārstu regulētas svina-skābes baterijas)
Pēdējos gados svina-skābes baterijas ir plaši izmantotas saules lukturu jomā. Tomēr, kad VRLA svina-skābes baterijas darbojas visu diennakti dabiskā vidē, to laika apstākļu izturība saskaras ar izaicinājumiem, it īpaši temperatūras diapazonā -20 grāds ~ 40 grādos. Lai atrisinātu šo problēmu, mēs esam veiksmīgi izstrādājuši koloidālu akumulatoru ar labāku laika apstākļu pretestību, kura darbības temperatūras diapazons var sasniegt -40 grādu ~ 60 grādu, vēl vairāk paplašinot svina-skābes bateriju lietojumprogrammu diapazonu.

 

Koloidālais svina-skābes akumulators pieņem unikālu bagātīgu šķidruma dizaina shēmu, un tā skābes šķidrums tiek palielināts par 20%, salīdzinot ar VRLA svina-skābes akumulatoru. Akumulators ir piepildīts ar gēla elektrolītu ap polu grupu un starp tvertnēm, kas padara to lielu siltumvadu un lielisku siltuma izkliedi. Turklāt koloidālais akumulators pārvar arī iepriekš minētās trīs agrīnās jaudas zaudēšanas problēmas, un tam ir šādas būtiskas priekšrocības:

 

Pirmkārt, tas izmanto īpašu, kas nav šķidrums, kas nav gela elektrolīts, lai kavētu pozitīvās plāksnes aktīvā materiāla mīkstināšanu un izdalīšanos, palielinot montāžas spiedienu (īpaši spiedienu uz pozitīvās plāksnes virsmas). Tajā pašā laikā labi izstrādāts vadības vārsts palielina skābekļa rekombināciju un samazina ūdens zudumus, tādējādi pagarinot akumulatora darbības laiku.

Otrkārt, koloidālā akumulatora režģa struktūra ir rūpīgi izstrādāta, izmantojot īpašus procesa vidējos rādītājus un materiālus. Šī struktūra veido mikroporas, palielina reakcijas saskarni starp elektrodu un elektrolītu, samazina kontakta pretestību un samazina elektrodu polarizāciju. Tas ievērojami uzlabo elektrodu aktīvā materiāla, uzlādes efektivitātes un akumulatora izlādes un izejas jaudas izmantošanas ātrumu.

 

Turklāt pozitīvajā režģī tiek izmantots vairāku elementu, piemēram, PB-CA-SN-al-SB-Zn-CD, vairāku sakausējumu kombinācija, savukārt negatīvajā režģī tiek izmantoti svina-kalcija-alumīnija augstā ūdeņraža pārmērīga materiāli. Šāds dizains ne tikai uzlabo akumulatora ietilpību un kalpošanas laiku, bet arī nodrošina, ka vairāku elementu sakausējumu kolektoram svina-TIN ir mazas iekšējās pretestības un korozijas pretestības īpašības, un tas var izturēt ilgtermiņa mainīgu lādiņu izmantošanu.

 

Turklāt, pieņemot jaunas tehnoloģijas un uzlabojot režģa materiāla formulu, ir ievērojami uzlabota koloidālā svina-skābes akumulatora šļūdes pretestība un korozijas izturība. Tajā pašā laikā zemas pretestības porainu PE separatoru un bagātīgā šķidruma telpas izmantošana plāksnē nodrošina, ka skābe akumulatora darbības laikā nepārplūst, piesārņo vidi vai korodē aprīkojuma detaļas un var vienmērīgi absorbēt gāzes katodu. Šie uzlabojumi vēl vairāk paplašina akumulatora kalpošanas laiku.

(Vi) Akumulatora apvalka apvalks pieņem labirinta tipu, kas ir īpaši izstrādāts elpojošs vārsts apvienojumā ar īpašām piedevām, kas efektīvi samazina ūdens zaudēšanu.

(Vii) Pareizi izmantojot piedevas, var uzturēt negatīvā elektrodu parasto uzlādes stāvokli, var novērst negatīvo elektrodu sulfidāciju un samazināt negatīvo elektrodu pašizlādi. Tas ne tikai nodrošina negatīvā elektrodu stabilu uzlādi, bet arī samazina pozitīvā elektrodu polarizācijas potenciālu, tādējādi palēninot pozitīvā tīkla koroziju un vēl vairāk pagarinot akumulatora kalpošanas laiku.

 

Tālāk mēs izpētīsim fotoelektriskās enerģijas ražošanas attīstības vēsturi un pašreizējo stāvokli. Kopš pirmās praktiskās fotoelektriskās šūnas piedzimšanas 1954. gadā Saules fotoelektriskās enerģijas ražošana ir guvusi ievērojamu progresu. Lai arī tā attīstības ātrums ir nedaudz lēnāks nekā datoru un optisko šķiedru komunikācija, pieaugošais enerģijas pieprasījums un parastās enerģijas ierobežojumi ir pakāpeniski piesaistījuši uzmanību fotoelektriskajai enerģijas ražošanai. Jo īpaši naftas krīze 1973. gadā un vides piesārņojuma problēmas 1990. gados veicināja straujo fotoelektrisko enerģijas ražošanas tehnoloģijas attīstību. Tā attīstības procesu var apkopot šādos posmos:
1893. gadā franču zinātnieks Bekerels atklāja "fotoelektrisko efektu", liekot pamatu fotoelektrisko tehnoloģiju attīstībai. Pēc tam Adams un citi 1876. gadā atklāja cietvielu fotoelektrisko iedarbību uz metāliem un selēna loksnēm, atverot jaunu nodaļu fotoelektriskajā tehnoloģijā. 1883. gadā tika izgatavots un izmantots pirmais "selēna fotocells" un izmantots kā jutīga ierīce dažādos laukos.

 

Ieejot 20. gadsimtā, fotoelektriskās tehnoloģijas ir guvušas ievērojamu progresu. 1930. gadā Schottky ierosināja CU2O barjeras "fotoelektrisko efektu" teoriju, kas sniedza svarīgu atbalstu vēlākiem pētījumiem. Tajā pašā gadā Langers vispirms ierosināja izmantot "fotoelektrisko efektu", lai ražotu "saules baterijas", lai panāktu saules enerģijas pārvēršanu elektriskajā enerģijā.

 

Padziļinot pētījumu, ir nepārtraukti uzlabota fotoelektrisko šūnu efektivitāte. 1954. gadā Čabins un Pirsons veiksmīgi izgatavoja praktiskas viena kristāla saules baterijas Bell Laboratories Amerikas Savienotajās Valstīs ar 6%efektivitāti, kas iezīmēja, ka fotoelektriskā tehnoloģija ir ienācis jaunā attīstības posmā. Tajā pašā gadā Vekers atklāja gallija arsenīda fotoelektrisko efektu un izgatavoja plānas filmas saules baterijas, vēl vairāk veicinot tehnoloģiju attīstību.

 

Pēc tam valstis ir veltījušas fotoelektrisko tehnoloģiju izpētei un attīstībai. 1958. gadā saules baterijas pirmo reizi tika izmantotas kosmosā, kas bija aprīkotas ar Amerikas Pioneer 1 satelīta barošanas avotu, parādot tā plašās pielietojuma izredzes. Ar polikristālisku silīcija saules bateriju dzimšanu un ar režģi savienotu silīcija saules bateriju operāciju, fotoelektriskās tehnoloģija pakāpeniski ir kļuvusi par uzticamu enerģijas šķīdumu.

 

Pēc ierašanās 1990. gados fotoelektriskā tehnoloģija ir panākusi progresu. Gallium arsenīda saules bateriju fotoelektriskā pārveidošanas efektivitāte ir sasniegusi 13%, un arī plānas plēves kadmija sulfīda saules bateriju efektivitāte ir sasniegusi 8%. Turklāt veiksmīga ultravioleto šūnu un aizmugurējā lauka šūnu attīstība ir vēl vairāk uzlabojusi fotoelektrisko šūnu efektivitātes un pielietošanas jomu.

 

Tā kā pasaulē tieksme pēc atjaunojamās enerģijas kļūst arvien steidzīgāka, fotoelektriskā tehnoloģija ir kļuvusi par karstu pētījumu tēmu. Valstis ir ierosinājušas fotoelektriskos jumta plānus un attīstības mērķus, lai veicinātu plaši izplatītu fotoelektrisko tehnoloģiju pielietojumu. Pēc 1997. gada Amerikas Savienotās Valstis, Japāna un Eiropas Savienība ir ierosinājuši lielos fotoelektriskās attīstības plānus, norādot, ka fotoelektriskās tehnoloģijas drīzumā ieviesīs jaunu attīstības posmu.

 

Pašlaik fotoelektrisko tehnoloģiju pielietošana ir kļuvusi arvien plašāka, ne tikai tai ir nozīmīga loma enerģijas laukā, bet arī nodrošinot tīru un efektīvu enerģijas risinājumus pārvadāšanai, celtniecībai un citām jomām. Paredzams, ka nākotnē skatoties uz nākotni, ir paredzēts, ka fotoelektriskās tehnoloģijas ieņems svarīgāku pozīciju pasaules enerģijas jomā un sniegs lielāku ieguldījumu cilvēces ilgtspējīgā attīstībā.