Introducció completa i visió general de les cèl·lules solars

I. Anàlisi integral de les cèl·lules solars
Les cèl·lules solars, com a dispositiu que converteix l’energia solar en energia elèctrica, han cridat molta atenció en els darrers anys. El seu principi de treball es basa en l'efecte fotoelèctric. En absorbir fotons a la llum del sol, els electrons i els forats s’estimulen i es genera el corrent. Les cèl·lules solars tenen els avantatges de ser respectuoses amb el medi ambient, renovable i sense contaminació i s’utilitzen àmpliament en molts camps com ara cases, indústries i transport. A continuació, donarem una introducció i una visió general completa de les cèl·lules solars.

 

II. 1. Visió general de les cèl·lules solars
L’energia solar, que ocupa una posició bàsica en l’energia renovable, deriva la seva energia de la llum solar que coneixem. L’energia de la biomassa, l’energia eòlica, l’energia oceànica i el hidroelèctric, aquestes formes energètiques aparentment diverses, de fet, es remunten a la font d’energia solar. A grans trets, l’energia solar cobreix totes les energies renovables esmentades anteriorment. Quan ens referim específicament a l’energia solar com a font d’energia renovable, normalment ens referim a la conversió directa i a l’ús d’energia solar.

La tecnologia d’utilització tèrmica solar, és a dir, la conversió eficient de l’energia de la radiació solar en energia tèrmica mitjançant un dispositiu de conversió i, a continuació, l’ús d’aquesta energia tèrmica per generar electricitat. De la mateixa manera, la tecnologia de generació d’energia fotovoltaica solar, és a dir, el procés de conversió de l’energia de la radiació solar en energia elèctrica, també és una tecnologia important. En aquest camp, els dispositius de conversió fotoelèctrics, com el principi d’efecte fotovoltaic dels dispositius de semiconductors, tenen un paper fonamental.

A la dècada de 1950, el camp de la utilització de l'energia solar es va produir en un important salt tecnològic. El 1954, Bell Laboratories dels Estats Units va desenvolupar amb èxit una cèl·lula de silici d’un sol cristall del 6%, posant els fonaments per a l’aplicació pràctica de les cèl·lules solars. El 1955, Tabor d’Israel va proposar una teoria important de la superfície d’absorció selectiva i, a partir d’aquesta teoria, va desenvolupar un eficient recobriment d’absorció solar selectiva, que va promoure encara més el desenvolupament de la tecnologia d’utilització d’energia solar.

A més, les cèl·lules solars també mostren les seves característiques úniques. És similar a una enorme unió PN, que pot convertir de manera eficient l’energia solar en energia elèctrica. En condicions d’il·luminació estàndard, les cèl·lules solars poden generar una tensió de sortida nominal de 0. 48V. Al mateix temps, també té totes les característiques de la unió PN, cosa que li permet generar electricitat contínuament sota la llum del sol.

En aplicacions pràctiques, els mòduls de cèl·lules solars solen ser connectades per diverses cèl·lules solars i s’utilitzen en accessoris d’il·luminació solar i altres equips. Aquests components tenen un coeficient de temperatura negatiu, és a dir, la tensió baixarà de 2mV per cada grau de temperatura. Al mateix temps, també tenen paràmetres clau com ISC (corrent de curtcircuit), IM (corrent màxim), VOC (tensió de circuit obert), VM (tensió màxima) i PM (potència màxima), que són essencials per al funcionament normal i l’optimització del sistema.

Val la pena esmentar que el circuit obert o l’estat de curtcircuit de la cèl·lula solar no el danyarà. De fet, utilitzem aquesta funció per controlar la càrrega i la descàrrega de la bateria del sistema. Aquest mètode de control intel·ligent garanteix encara més l'estabilitat i la durabilitat de la cèl·lula solar.
La potència de sortida WP de la cèl·lula solar es mesura en condicions estàndard de llum solar. Aquesta condició segueix la norma 101 de la Comissió Europea, incloent una intensitat de radiació de 1000W\/M2, una massa d’aire d’AM1.5 i una temperatura de la bateria de 25 graus. En aplicacions pràctiques, aquestes condicions són aproximadament equivalents a la llum del sol cap al migdia en un dia assolellat. Tot i això, moltes persones creuen erròniament que, sempre que hi hagi llum solar, la cèl·lula solar pot generar la potència de sortida nominal i, fins i tot, pensar que es pot utilitzar normalment sota llums fluorescents a la nit. De fet, la potència de sortida de la cèl·lula solar canvia dinàmicament i està afectada per molts factors com el temps i el lloc. Per tant, la potència de sortida de la mateixa cèl·lula solar serà diferent en diferents moments i llocs.

 

Iii. 2. Efecte fotovoltaic
L’efecte fotovoltaic, o efecte fotovoltaic per a curtmetratge, fa referència al fenomen de la diferència potencial entre diferents parts d’un semiconductor inhomogeni o una combinació d’un semiconductor i un metall sota il·luminació. Les cèl·lules solars utilitzen aquest efecte per convertir la radiació solar en energia elèctrica mitjançant el principi de conversió fotoelèctrica. Aquest procés de conversió fotoelèctrica s'anomena "efecte fotovoltaic", de manera que les cèl·lules solars també s'anomenen "cèl·lules fotovoltaiques".

El material semiconductor utilitzat per a les cèl·lules solars és una substància especial les propietats de les quals es troben entre conductors i aïllants. De forma similar als àtoms de substàncies ordinàries, els àtoms dels semiconductors estan compostos per nuclis carregats positivament i electrons carregats negativament. Prenent com a exemple el silici de semiconductor, la seva capa exterior d’àtoms té 4 electrons, que es mouen al voltant del nucli en òrbites fixes. Quan estiguin entusiasmats per energia externa, aquests electrons s’allunyaran de l’òrbita i es convertiran en electrons lliures, deixant un “forat” a la posició original.

En cristalls de silici pur, el nombre d’electrons i forats lliures és igual. No obstant això, mitjançant el dopatge amb elements específics, com el bori i el gallium, es poden canviar les propietats conductives del silici. Aquests elements poden capturar electrons, convertint el silici en un semiconductor de tipus forat, representat pel símbol P; Si bé l’addició d’elements com el fòsfor i l’arsènic convertirà silici en un semiconductor de tipus d’electrons, representat pel símbol N. Quan aquests dos semiconductors es combinen, la seva interfície formarà una unió PN. És aquesta unió PN la que constitueix el nucli de la cèl·lula solar. És com una barrera que dificulta la lliure circulació d’electrons i forats.

Quan la cèl·lula solar està exposada a la llum solar, els electrons absorbeixen l’energia lleugera i es traslladen a la regió del tipus N, fent que es carregui negativament la regió del tipus N; Al mateix temps, els forats es traslladen a la regió del tipus P, fent que la regió del tipus P es carregués positivament. D’aquesta manera, es genera una força electromotriu, coneguda com a tensió als dos extrems de la unió PN. Si els cables metàl·lics es solden a la capa de tipus P i la capa de tipus N respectivament i la càrrega està connectada, el corrent fluirà al circuit extern. En connectar diversos elements de bateria en sèrie i en paral·lel, es pot generar la tensió i la sortida de corrent requerides.

Actualment, la cèl·lula solar més madura i comercialment valuosa és la cèl·lula solar de silici.
Les cèl·lules solars, un dispositiu que converteix de manera eficient l’energia solar en energia elèctrica mitjançant l’efecte fotovoltaic, tenen una estructura bàsica com es mostra a la figura anterior. Quan dos tipus diferents de materials semiconductors, tipus N i tipus p, entren en contacte entre ells, es forma un camp elèctric integrat des del tipus P a N a la seva interfície a causa de la difusió i els efectes de la deriva. Quan la llum del sol brilla a la superfície de la cèl·lula solar, els fotons amb energia que superen el grup de banda excitaran els parells d’electrons i forats. Aquests transportistes minoritaris desequilibrats es separen efectivament sota l’acció del camp elèctric intern i s’acumulen als elèctrodes positius i negatius de la bateria, proporcionant així una sortida de corrent estable per a la càrrega externa.

 

Iv. 3. Tendència de desenvolupament de cèl·lules solars de silici cristal·lines
Les cèl·lules solars de silici cristal·lines es desenvolupen en la direcció de l’alta eficiència i la pel·lícula fina. En termes de cèl·lules de silici monocristal·lines d’alta eficiència, la cèl·lula de contacte del punt posterior (PCC) de la Universitat de Stanford, la cèl·lula de la regió emissor passivada (PESC, PERC, Perl) de la Universitat de Nova Gal·les del Sud (UNSW) i la cèl·lula de superfície localitzada (LBSF) de l’Institut Fraumhfer per a l’energia solar a Alemanya són destacats. Al mateix temps, les cèl·lules d’alta eficiència de silici policristal·lines també han cridat molta atenció. El seu avantatge és que poden preparar directament els lingots de silici quadrat de mida gran adequats per a la producció a gran escala, amb equips senzills i un procés de fabricació d’estalvi d’energia. Tot i que l’eficiència de les cèl·lules de silici policristal·lines es veu afectada pels límits del material i del gra, el seu rendiment s’ha millorat significativament mitjançant l’adopció de tecnologies com ara la gettering, la passivació i el camp posterior. Entre ells, el procés convencional de gettering d’alumini està format per sinteritzar després d’evaporar una pel·lícula d’alumini a la part posterior de la cèl·lula, que no només simplifica el procés de fabricació, sinó que també ajuda a millorar l’eficiència de la cèl·lula. A més, la passivació d’hidrogen, com a mètode eficaç per millorar la qualitat del silici policristal·lí, pot reduir significativament defectes com els enllaços en el cos de silici mitjançant la implantació d’ions o el tractament en plasma. Al mateix temps, una capa de pel·lícula anti-reflexió de nitrur de silici està recoberta a la superfície de les cèl·lules solars de silici policristal·lí per PECVD, que també pot aconseguir una passivació d’hidrogen de silici policristal·lí. A més, la tecnologia de passivació d’oxigen superficial també s’ha utilitzat àmpliament en cèl·lules solars d’alta eficiència, especialment en materials de silici cristal·lins de grau fotovoltaic, on l’efecte és més evident. L’oxidació tèrmica és un dels mitjans tècnics utilitzats habitualment, i l’oxidació superficial de PECVD a una temperatura inferior també mostra un cert potencial.
Tractament superficial de cèl·lules solars de silici policristal·lines

A causa de la presència de múltiples orientacions de cristall a la superfície de les cèl·lules solars de silici policristal·lines, és difícil obtenir una estructura de vellut ideal per gravar com el silici d’un sol cristall amb (100) orientació de cristalls. Per tant, els investigadors es comprometen a explorar diversos mètodes de tractament de superfície per aconseguir el propòsit de la anti-reflexió. Entre elles, l’ús de rodes múltiples de múltiples fulles per ranir la superfície de les hòsties de silici pot reduir el temps de procés de hòsties de silici de 10cm × 10cm a 30 segons, mostrant un cert potencial pràctic.

A més, el silici porós també es considera una opció pràctica per a pel·lícules anti-reflexió per a cèl·lules solars de silici policristal·lines. El seu efecte anti-reflexió és comparable al de les pel·lícules contra la reflexió doble, augmentant així l'eficiència de les cèl·lules de silici policristal·lines fins al 13,4%.

Recerca i desenvolupament de bateries de pel·lícula fina

Per tal de reduir encara més el cost de les cèl·lules solars, el camp fotovoltaic continua explorant la investigació i el desenvolupament de bateries de pel·lícula fina. Actualment, s’han desenvolupat amb èxit les bateries de pel·lícula fina de silici, les bateries de sulfur de gali (CDTE) i les bateries de selenur de coure (CIS). En particular, les bateries de silici amorfs tenen un procés de preparació relativament senzill i un baix cost i han rebut una atenció generalitzada.

 

Embalatge de cèl·lules solars

La forma d’envasament de cèl·lules solars és crucial per a la vida laboral de la bateria. Actualment, el procés de laminació s’ha convertit en el corrent principal, cosa que pot assegurar la vida laboral de les cèl·lules solars durant més de 25 anys. En canvi, tot i que l’aspecte inicial de l’encapsulació de goteig és bonica, la vida laboral de la cèl·lula solar està limitada a 1 ~ 2 anys. Per tant, per a aplicacions com ara llums de gespa solar de baixa potència que no requereixen una vida elevada, es pot utilitzar la forma d’encapsulació de goteig; Mentre que per a llums solars amb una vida útil clara, es recomana triar el formulari d’encapsulació laminat. A més, també s’utilitza un nou tipus de material de gel de silicona per a l’encapsulació de goteig de cèl·lules solars i es diu que la seva vida laboral és de fins a deu anys.

 

Classificació dels sistemes de generació d’energia fotovoltaica

Els sistemes de generació d’energia fotovoltaica es poden dividir en dos tipus: independents i connectats a la xarxa. Els sistemes de generació d’energia fotovoltaica independents s’utilitzen principalment en zones remotes o zones sense cobertura de la graella; mentre que els sistemes de generació d’energia fotovoltaica connectats a la xarxa estan connectats a la xarxa i l’electricitat generada es pot introduir directament a la xarxa.

1. Els sistemes independents de generació d’energia de CA Solar solen incloure els components bàsics següents:

Array de cèl·lules solars: consisteix en mòduls de cèl·lules solars disposades i connectades de manera específica, que es recolzen en claudàtors i fonaments.

Bateria d'emmagatzematge d'energia: es pot seleccionar segons les necessitats reals i pot ser diferents tipus de bateries recarregables.

Controlador: és específicament responsable de controlar el procés de càrrega de la matriu de cèl·lules solars a la bateria d'emmagatzematge d'energia. Té múltiples funcions de protecció per assegurar el funcionament segur i estable del sistema.
Inverter: un dispositiu que converteix la potència de corrent continu proporcionada per la bateria d'emmagatzematge d'energia en la potència de CA necessària. Per exemple, a la Xina, la tensió de sortida és de 220V i la freqüència és de 50 Hz.
Caixa de distribució i cables de connexió: responsables de connectar els diversos components del sistema i gestionar la potència de sortida.

 

2. Sistema independent de generació d’energia solar de corrent continu
Normalment inclou els components bàsics següents:

Array de cèl·lules solars: està composta per mòduls de cèl·lules solars disposades i connectades de manera específica, que es recolzen fermament per claudàtors i fonaments.

Bateria d’emmagatzematge d’energia: està seleccionat segons les necessitats d’ús real i pot incloure diferents tipus de bateries recarregables.

Controlador: és específicament responsable de controlar i controlar el procés de càrrega de la matriu de cèl·lules solars a la bateria d'emmagatzematge d'energia. Les seves funcions de protecció múltiples integrades estan dissenyades per assegurar el funcionament continuat i segur del sistema.

Caixa de distribució i cables de connexió: responsables de connectar els diferents components del sistema entre si i gestionar eficaçment la potència de sortida.

 

3. Sistema de generació d’energia de CA solar connectada a la xarxa
Sistema de generació d’energia de CA de CA Solar Connectada per quadrícules normalment inclou els components següents:

Array de cèl·lules solars: està composta per mòduls de cèl·lules solars disposades i connectades de manera específica, que es recolzen fermament per claudàtors i fonaments.

Bateria d’emmagatzematge d’energia: seleccioneu segons les necessitats d’ús real, que poden incloure diferents tipus de bateries recarregables.

Controlador: responsable de controlar i controlar el procés de càrrega de la matriu solar a la bateria d'emmagatzematge d'energia. Les seves funcions de protecció múltiples integrades asseguren el funcionament continu i estable del sistema.

Inversor connectat a la xarxa: converteix la potència de corrent continu de la bateria d'emmagatzematge d'energia en la potència de CA requerida, com el 220V50Hz que s'utilitza habitualment a la Xina.

Caixa de distribució i cables de connexió: responsables de la connexió i la gestió de la potència de sortida de diversos components del sistema.

A més, els sistemes d’il·luminació solar també són una àrea d’aplicació important. El disseny de làmpades solars ha de considerar les condicions específiques de l’àrea d’ús. A l'est de la Xina, la relació adequada entre la potència de sortida nominal dels mòduls de cèl·lules solars i la potència d'entrada de les làmpades és d'aproximadament 2 ~ 4: 1, i la relació específica depèn del temps de treball de les làmpades i de les necessitats d'il·luminació dels dies de pluja continuats. La instal·lació de cèl·lules solars també és un enllaç clau. El seu angle d’inclinació i la seva direcció afectaran la potència de sortida i la vida del servei. A la part inferior del riu Yangtze, l’angle d’inclinació ideal de les cèl·lules solars és d’uns 40 graus, cap al sud. Al mateix temps, per evitar l’anomenat “efecte illenc de calor”, és a dir, una sola cèl·lula solar pot ser danyada per la calor després de ser bloquejada, s’utilitza realment un mòdul de cèl·lules solars composta per múltiples cèl·lules solars i es prenen mesures com ara inclinar i instal·lar pins a prova d’aus.

Independentment de l’estil i la potència de les làmpades solars, el circuit de control de càrrega i descàrrega, un dels seus components bàsics, és crucial. Per tal d’assegurar la durabilitat de la bateria, les condicions de càrrega i descàrrega s’han de controlar estrictament per evitar sobrecàrrega i descàrrega profunda. A més, a causa de la gran fluctuació de l’energia d’entrada del sistema de generació d’energia fotovoltaica solar, el control de càrrega de la bateria al sistema de generació d’energia fotovoltaica és més complicat que el de les bateries ordinàries. El rendiment de les làmpades solars sovint depèn del disseny i la implementació del circuit de control de càrrega i descàrrega. Si hi ha una manca de circuit de control de càrrega i descàrrega d’alt rendiment, el rendiment de les làmpades solars serà difícil de garantir.

 

En el context de l’aplicació generalitzada de la generació d’energia fotovoltaica solar, la selecció de bateries de plom-àcid per a l’emmagatzematge d’energia és especialment important. Des de projectes fotovoltaics solars a gran escala a Europa i als Estats Units fins al projecte de Guangming del meu país, la generació d’energia fotovoltaica solar ha mostrat un fort impuls de desenvolupament. Amb l’avançament de la tecnologia fotovoltaica i la popularització de mòduls fotovoltaics de baix cost, escenaris d’aplicació com ara làmpades solars, centrals fotovoltaiques i fonts d’energia fotovoltaica domèstica han presentat requisits més elevats per a les bateries. Actualment, les bateries de plom-àcid segellades per vàl·liques, les bateries col·loïdals de plom-àcid i les bateries de plom-àcid sense manteniment s’han convertit en les fonts d’energia d’energia principals en sistemes fotovoltaics. La resistència al temps d’aquestes bateries és crucial per assegurar el funcionament estable del sistema. Aquest article se centrarà en l’impacte de la temperatura sobre la durada de la bateria i la capacitat en entorns naturals i les solucions corresponents i, alhora, analitzar profundament els punts clau de selecció de bateries de plom-àcid d’emmagatzematge d’energia.

 

5. L’impacte de la temperatura en la vida de les bateries de plom-àcid
Les bateries de plom-àcid VRLA són molt sensibles als canvis de temperatura. Segons el principi d’Arinius, quan la temperatura supera els 40 graus, la seva vida es reduirà per cada augment de 10 graus. Els principals motius de la durada de la bateria són l’assecat d’electròlits d’àcid sulfúric, la fugida tèrmica i el curtcircuit intern.

L’assecat d’electròlits d’àcid sulfúric és un dels factors clau que afecten la vida de les bateries de plom-àcid. L’assecat d’àcid farà que la capacitat de la bateria disminueixi o fins i tot falli completament, cosa que és un problema únic a les bateries de plom-àcid. Les possibles raons inclouen una baixa eficiència de recombinació de gas, evolució d’hidrogen i oxigen i evaporació d’aigua, filtració d’aigua dins de la closca de la bateria, disseny de vàlvules de control incorrecta i desajust entre equips de càrrega i tensió de la bateria. Val la pena assenyalar que a mesura que augmenta la temperatura ambient, la taxa de pèrdua d’aigua causada pels tres factors (2), (3) i (4) s’acceleraran, accelerant així la fallada en sec de la bateria de plom-àcid.

A més, el desnivell tèrmic també és un repte important a les bateries de plom-àcid. Durant el procés de càrrega i descàrrega, la bateria genera calor. Si no es descarrega a temps, la temperatura de la bateria continuarà augmentant. Sobretot quan es treballa en un entorn d’alta temperatura, la calor acumulada dins de la bateria és més difícil de dissipar, cosa que pot provocar un sobreescalfament, una pèrdua d’aigua augmentada, una major resistència interna i un cicle viciós, es desenvolupa gradualment en desbordament tèrmic i, finalment, causant una fallada de la bateria.

 

Les bateries de plom-àcid de plom VRLA tenen una conductivitat tèrmica extremadament pobra i una capacitat de calor extremadament petita a causa del seu disseny únic de conjunt de líquids magre i un 10% de porus al separador. Això fa que les bateries de l’àcid de plom VRLA siguin més propenses a la fugida tèrmica en ambients d’alta temperatura. Com que la quantitat de gas descarregada per la vàlvula de seguretat és limitada, és difícil treure la calor dins de la bateria. Una vegada que es produeixi la fugida tèrmica, la bateria es deformarà greument, es trencarà i fallarà completament.

D'altra banda, el curtcircuit intern també és la causa de la fallada de la bateria de plom-àcid. Això és causat principalment per la degradació i l’envelliment del material de diafragma, la vessament i l’expansió del material actiu o la penetració del diafragma per les dendrites generades durant el procés de càrrega. Després de la descàrrega profunda, el separador d’adsorció de la bateria és propens a la precipitació del vellut o a la dispersa, o a la formació de dendrites, donant lloc a circuits micro-curts de les plaques positives i negatives.
A causa del disseny redundant de l'elèctrode negatiu de les bateries d'àcid de plom VRLA, l'eficiència de càrrega de l'elèctrode negatiu és superior a la de la placa positiva en les primeres i mitjanes etapes de la càrrega, de manera que l'elèctrode negatiu generarà primer prou plom de vellut, cosa que és conductiva a la reacció de recombinació de l'oxigen. En el procés de producció de bateries, la degradació del rendiment de la bateria es pot alentir controlant la quantitat de material actiu de l'elèctrode negatiu.
A més, els additius com ara sals metàl·liques o òxids com el zinc, el cadmi, el liti, el cobalt, el coure i el magnesi s’utilitzen habitualment en les bateries de plom-àcid per millorar el rendiment de la bateria. Aquests additius actuen com a electròlits forts i els seus ions migren a l'elèctrode negatiu durant la descàrrega. Aquests ions metàl·lics tenen un efecte de coordinació química, que pot reduir la probabilitat de formació de sulfat de plom. Tot i que es forma el sulfat de plom, la seva estructura és relativament suau i fàcil de suavitzar o reduir.

Quan utilitzeu la bateria, intenteu mantenir una temperatura estable i eviteu canvis de temperatura dràstiques per reduir la possibilitat de precipitació de dendrita. En resum, l’alta temperatura accelerarà la pèrdua i l’assecat d’aigua de la bateria, la fugida tèrmica, la corrosió i la deformació positiva de la xarxa, mentre que la temperatura baixa pot provocar una fallada de passivació de l’elèctrode negatiu. Les fluctuacions de temperatura acceleraran el curtcircuit intern de les bateries de plom-àcid i aquests factors tindran un efecte negatiu sobre la durada de la bateria.

 

Vi. Efecte de la temperatura sobre la capacitat de la bateria de plom-àcid

(I) El primer tipus de pèrdua de capacitat precoç, anomenat PCL-ⅰ

El principal culpable de la caiguda sobtada de la capacitat de la bateria de plom-àcid és la capa de barrera. Aquesta barrera es deriva dels defectes de regeneració i de l'efecte semiconductor de l'aliatge PB-CA-SN-AL. Construeix una barrera conductora unidireccional entre el material actiu de l'elèctrode positiu i la xarxa. Aquesta capa de barrera es compon de cristalls complexos amb propietats de semiconductors i és sensible a la temperatura. En millorar el procés de dopatge de semiconductors com ara aliatges de bateries i additius de pasta de plom, hem millorat amb èxit la conductivitat aprofitant la sensibilitat dels cristalls de semiconductors a la puresa, alleujant així efectivament aquest mode de fracàs.

 

(Ii) El segon tipus de pèrdua de capacitat precoç, anomenat PCL-ⅱ

L’autèntic culpable per a la caiguda lenta de la capacitat de la bateria de plom-àcid no és la corrosió de la xarxa comuna, la sulfació o la vessament de materials actius, sinó l’expansió de materials actius porosos. Aquesta expansió és particularment evident en el procés de suavització de PBO2 → PBSO4, que no només fa que el material actiu positiu es faci suau i que l'estructura complexa es faci malbé, sinó que també fa que el material actiu es suavitzi i caigui, cosa que al seu torn fa que la placa positiva perdi la capacitat a un ritme més lent.

 

(Iii) El tercer tipus de pèrdua de capacitat precoç, anomenat PCL-ⅲ

El problema de les bateries de plom-àcid que no poden carregar sovint es deriva de la reducció o pèrdua de l’activitat dels additius negatius d’elèctrodes. Això pot comportar dificultats en la càrrega, la mala acceptació i la recàrrega insuficient i, finalment, conduir a la sulfació de la part inferior 1\/3 de la placa negativa.

En condicions d’alta temperatura, els additius d’elèctrodes negatius es descomponen o es dissoldre en l’electròlit, provocant pèrdues primerenques i després passivació del plom de vellut de l’elèctrode negatiu. Per contra, en condicions de baixa temperatura, a causa de la solubilitat reduïda, fins i tot si el corrent de descàrrega és la mateixa que la concentració a baixa temperatura i la velocitat de descàrrega es manté inalterada, la saturació augmentarà respecte a la baixa solubilitat en equilibri. A més, baixa temperatura augmentarà la viscositat de la solució àcida i reduirà la taxa de difusió àcida, augmentant així la resistència interna de la bateria i afectant el seu rendiment de transferència de massa d’alta velocitat.

 

El gruix de la capa de passivació està estretament relacionat amb la mida del cristall, la porositat i l'estructura de porus del sulfat de plom, que estan estretament relacionades amb la solubilitat del sulfat de plom i la saturació de la solució a la superfície de l'elèctrode de plom. A baixa temperatura, alta densitat de corrent i concentració d’àcid sulfúric, la saturació de la solució a la superfície de l’elèctrode negatiu serà massa alta, donant lloc a l’engrossiment de la capa de passivació, cosa que pot fer que la bateria falli fàcilment a causa de les dificultats de descàrrega. En aquest moment, la placa negativa no es pot carregar ni descarregar.

El mecanisme i el grau d’influència de la temperatura en els factors anteriors impliquen teories de múltiples disciplines, incloent termodinàmica electroquímica, cinètica electroquímica, etc. Val la pena assenyalar que la temperatura alta provoca la fallada d’oxidació dels additius a la bateria, que al seu torn fa que el material actiu caigui i acceleri la desintegració de la capacitat precoç de la bateria. Aquesta decadència acabarà escurçant la vida de la bateria de plom-àcid i reduirà la seva fiabilitat.

 

A més, la corrosió de la placa positiva també és un problema que no es pot ignorar. Segons el principi de la termodinàmica química, com més gran sigui la temperatura ambient, més gran és la profunditat de descàrrega de la bateria de plom-àcid i més gran és la densitat d’electròlits, que al seu torn agreuja la corrosió de la xarxa. L’emmagatzematge a llarg termini s’espessirà la capa de corrosió, acompanyada de deformació i estirament de la xarxa, donant lloc a una disminució de la resistència a la tracció de la xarxa. Quan el material actiu cau o el producte de corrosió és massa gruixut, la resistència a la xarxa augmentarà, afectant així la capacitat de la bateria. Una vegada que la capacitat de la bateria baixa un 20%, es pot considerar que ha fallat.

En resum, com a contenidor electroquímic, la bateria és molt sensible als canvis en la temperatura ambient. La temperatura ambient no només afecta la vida de la bateria, sinó que també té un impacte directe en la seva capacitat. Els dos són interrelacionats i inseparables.

Desenvolupament de bateries col·loïdals de plom-àcid (bateries de plom-àcid regulades per vàlvules)
En els darrers anys, les bateries de plom-àcid s’han utilitzat àmpliament en el camp de les làmpades solars. No obstant això, quan les bateries de plom-àcid VRLA funcionen durant tot el dia en entorns naturals, la seva resistència al temps afronta reptes, especialment en el rang de temperatura de -20 grau ~ 40 graus. Per solucionar aquest problema, hem desenvolupat amb èxit una bateria col·loïdal amb una millor resistència al clima, el rang de temperatures de funcionament pot arribar a -40 grau ~ 60 graus, ampliant encara més el rang d’aplicació de bateries de plom-àcid.

 

La bateria de plom-àcid col·loïdal adopta un esquema de disseny líquid ric únic i el seu líquid àcid augmenta un 20% en comparació amb la bateria de plom-àcid VRLA. La bateria està plena d’electròlits de gel al voltant del grup de pal i entre els dipòsits, cosa que fa que tingui una gran capacitat de calor i una excel·lent dissipació de calor. A més, la bateria col·loïdal també supera els tres problemes anteriors de pèrdua de capacitat precoç i té els següents avantatges significatius:

 

Primer, utilitza un electròlit especial no líquid no líquid per inhibir el suavització i la vessament del material actiu de la placa positiva augmentant la pressió de muntatge (especialment la pressió a la superfície de la placa positiva). Al mateix temps, la vàlvula de control ben dissenyada augmenta la recombinació d’oxigen i redueix la pèrdua d’aigua, ampliant així la durada de la bateria.

En segon lloc, l'estructura de la graella de la bateria col·loïdal està dissenyada amb cura, mitjançant mitjans especials de procés i formulacions de material. Aquesta estructura forma micropores, augmenta la interfície de reacció entre l'elèctrode i l'electròlit, redueix la resistència de contacte i redueix la polarització de l'elèctrode. Això millora considerablement la taxa d’utilització del material actiu de l’elèctrode, l’eficiència de càrrega i la potència de descàrrega i sortida de la bateria.

 

A més, la graella positiva utilitza una combinació de múltiples aliatges de múltiples elements com PB-CA-SN-AL-SB-ZN-CD, mentre que la xarxa negativa utilitza materials sobrepotencials de gran hidrogen de plom-calci-tin-alumini. Aquest disseny no només millora la capacitat i la vida de la bateria, sinó que també garanteix que el col·lector d’aliatges multi-elements de plom en línia de plom té les característiques de la resistència interna i la resistència a la corrosió i pot suportar l’ús de càrrega flotant a llarg termini.

 

A més, mitjançant l’adopció de noves tecnologies i la millora de la fórmula del material de la xarxa, s’han millorat significativament la resistència a la fluïdesa i la resistència a la corrosió de la bateria de plom-àcid col·loïdal. Al mateix temps, l’ús de separadors de PE porosos de baixa resistència i l’espai líquid ric dissenyat a la placa assegura que l’àcid no desbordi, contamini el medi ambient o corroeix les parts dels equips durant el funcionament de la bateria i pot absorbir suaument el càtode de gas. Aquestes mesures de millora amplien encara més la vida de la bateria.

(VI) La coberta de la Shell de la bateria adopta una vàlvula transpirable especialment dissenyada per laberint, combinada amb additius especials, que redueix efectivament la pèrdua d’aigua.

(Vii) Mitjançant l'ús de additius adequadament, es pot mantenir l'estat de càrrega normal de l'elèctrode negatiu, es pot prevenir la sulfidació d'elèctrodes negatius i es pot reduir el càrrec d'autodiscàrrega de l'elèctrode negatiu. Això no només garanteix la càrrega estable de l’elèctrode negatiu, sinó que també redueix el potencial de polarització de l’elèctrode positiu, alentint així la corrosió de la xarxa positiva i ampliant encara més la vida útil de la bateria.

 

A continuació, explorarem l’historial de desenvolupament i l’estat actual de la generació d’energia fotovoltaica. Des del naixement de la primera cèl·lula fotovoltaica pràctica el 1954, la generació d’energia fotovoltaica solar ha avançat significativament. Tot i que la seva velocitat de desenvolupament és lleugerament més lenta que la dels ordinadors i les comunicacions de fibra òptica, la creixent demanda d’energia i les limitacions de l’energia convencional han cridat gradualment l’atenció a la generació d’energia fotovoltaica. En particular, la crisi del petroli el 1973 i els problemes de contaminació ambiental a la dècada de 1990 van promoure el ràpid desenvolupament de la tecnologia de generació d’energia fotovoltaica. El seu procés de desenvolupament es pot resumir en les etapes següents:
El 1893, el científic francès Becquerel va descobrir el "efecte fotovoltaic", posant les bases per al desenvolupament de la tecnologia fotovoltaica. Posteriorment, Adams i altres van descobrir l'efecte fotovoltaic d'estat sòlid sobre els metalls i les làmines de seleni el 1876, obrint un nou capítol en tecnologia fotovoltaica. El 1883, es va fer la primera "Photocell Selenium" i es va utilitzar com a dispositiu sensible en diversos camps.

 

Entrant al segle XX, la tecnologia fotovoltaica ha avançat significativament. El 1930, Schottky va proposar la teoria de "efecte fotovoltaic" de la barrera CU2O, que va proporcionar un important suport per a investigacions posteriors. El mateix any, Langer va proposar per primera vegada utilitzar l'efecte fotovoltaic per fabricar "cèl·lules solars" per aconseguir la conversió de l'energia solar en energia elèctrica.

 

Amb l’aprofundiment de la investigació, l’eficiència de les cèl·lules fotovoltaiques s’ha millorat contínuament. El 1954, Chabin i Pirson van fer amb èxit les cèl·lules solars d’un sol cristall pràctiques a Bell Laboratories dels Estats Units, amb una eficiència del 6%, cosa que va marcar que la tecnologia fotovoltaica ha entrat en una nova etapa de desenvolupament. El mateix any, Wecker va descobrir l'efecte fotovoltaic de l'arsenide de Gallium i va fer cèl·lules solars de pel·lícula fina, promovent encara més el desenvolupament de la tecnologia.

 

Posteriorment, els països s’han dedicat a la investigació i desenvolupament de la tecnologia fotovoltaica. El 1958, les cèl·lules solars es van utilitzar a l’espai per primera vegada, equipades amb l’alimentació elèctrica del satèl·lit American Pioneer 1, mostrant les seves àmplies perspectives d’aplicació. Amb el naixement de cèl·lules solars de silici policristal·lines i el funcionament connectat a la xarxa de les cèl·lules solars de silici, la tecnologia fotovoltaica s’ha convertit gradualment en una solució energètica fiable.

 

Després d’entrar als anys noranta, la tecnologia fotovoltaica ha avançat. L’eficiència de conversió fotoelèctrica de les cèl·lules solars d’arsenur de gali ha arribat al 13%i l’eficiència de les cèl·lules solars de sulfur de cadmi de pel·lícula fina també ha arribat al 8%. A més, el desenvolupament amb èxit de cèl·lules ultraviolades i cèl·lules del camp posterior ha millorat encara més l’eficiència i l’abast d’aplicació de les cèl·lules fotovoltaiques.

 

A mesura que la recerca mundial de l’energia renovable es fa cada cop més urgent, la tecnologia fotovoltaica s’ha convertit en un tema important de la investigació. Els països han proposat plans de sostre fotovoltaics i objectius de desenvolupament per promoure l’aplicació generalitzada de la tecnologia fotovoltaica. Després de 1997, els Estats Units, el Japó i la Unió Europea han proposat tots els plans de desenvolupament fotovoltaic de Grand, cosa que indica que la tecnologia fotovoltaica està a punt d’afrontar una nova etapa de desenvolupament.

 

Actualment, l’aplicació de la tecnologia fotovoltaica s’ha convertit en cada cop més extensa, no només té un paper important en el camp d’energia, sinó que proporciona solucions energètiques netes i eficients per al transport, la construcció i altres camps. Si busqueu el futur, s’espera que la tecnologia fotovoltaica ocupi una posició més important en l’àmbit energètic global i aporti més contribucions al desenvolupament sostenible de la humanitat.