《电池工作原理》课件.pptVIP

*************************************太阳能电池光伏效应太阳能电池的工作基于光伏效应，这是一种将光能直接转换为电能的物理现象。当光子照射到半导体材料上时，如果光子能量大于或等于半导体的带隙能量，就会激发价带中的电子跃迁到导带，形成电子-空穴对。电荷分离太阳能电池中的P-N结提供了内建电场，能够将光生电子和空穴分离。电子向N型区域移动，空穴向P型区域移动，从而在电池两端形成电位差。这个分离过程必须快于电子-空穴对的复合，才能有效产生电流。电能输出当外部电路连接到太阳能电池两端时，电子从N型区域通过外电路流向P型区域，形成电流。这种电流的大小取决于入射光的强度和太阳能电池的效率。单个太阳能电池的输出电压约为0.5-0.7V，通过串联多个电池可以获得更高的电压。效率限制太阳能电池的理论最高效率受到多种因素限制，包括光谱损失(部分波长的光子能量不足以激发电子或能量过剩)、复合损失(电子-空穴对在产生电流前重新结合)以及电阻损失等。目前商用硅太阳能电池的效率通常在15-22%之间。太阳能电池的类型单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池由高纯度单晶硅片制成，具有最高的商用效率(通常为18-22%)。它们由完整的硅晶格结构组成，缺陷少，电子迁移率高。单晶硅电池外观均匀，通常呈深蓝色或黑色，四角略微倒圆。尽管效率高，但生产过程能耗大、成本高，且硅材料利用率低，这些因素限制了其市场份额。多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池由熔融硅直接铸造而成，包含多个随机取向的晶粒。其效率通常在15-18%之间，略低于单晶硅，但制造成本和能耗显著降低。多晶硅电池外观呈现蓝色晶面和白色晶界的马赛克图案。由于性价比高，多晶硅电池在过去十年占据了全球太阳能市场的主导地位。薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池由极薄的半导体材料(厚度仅为传统硅片的1%左右)沉积在廉价基底上制成。主要类型包括：非晶硅(a-Si)，效率约6-8%；碲化镉(CdTe)，效率可达17%以上；铜铟镓硒(CIGS)，效率达到23%的实验室记录。薄膜电池的优势在于材料消耗少、可制作成柔性电池，且在弱光和高温条件下性能较好。太阳能电池的应用太阳能发电站大规模太阳能发电站是太阳能电池最重要的应用之一，单个电站装机容量可达数百兆瓦甚至吉瓦级。这些发电站通常建在日照充足的地区，如沙漠或荒地，通过集中布置大量太阳能电池板，将太阳能转换为电能并输入电网。根据技术不同，太阳能发电站可分为光伏发电站和光热发电站。光伏发电站直接利用太阳能电池将光能转化为电能；而光热发电站则利用反射镜将阳光聚焦，产生高温驱动传统汽轮机发电。中国、美国、印度等国已建成多个大型太阳能发电站，不仅提供清洁能源，还创造就业机会并促进地方经济发展。随着技术进步和规模效应，太阳能发电成本持续下降，已在许多地区实现与化石燃料发电的价格竞争力。建筑一体化光伏建筑一体化光伏(BIPV)是将太阳能电池作为建筑材料直接整合到建筑结构中的创新应用。常见的BIPV产品包括光伏屋顶瓦、光伏幕墙、光伏窗户和遮阳板等。BIPV系统具有多重优势：既作为建筑围护结构，又能发电；节省了常规建材的成本；不占用额外空间；提升建筑美观度和科技感。此外，BIPV可以提高建筑能效，减少热岛效应，并在电网故障时提供应急电力。近年来，随着光伏技术的发展，各种颜色、形状和透明度的BIPV产品不断涌现，为建筑设计提供了更多创意空间。智能BIPV系统还可以与建筑管理系统集成，优化能源使用和室内环境。超级电容器工作原理超级电容器，也称为电化学电容器，主要通过电荷物理吸附而非化学反应存储能量。根据储能机制，超级电容器分为双电层电容器(EDLC)和赝电容器。EDLC在电极/电解质界面形成双电层存储电荷；赝电容器则通过电极表面的快速可逆氧化还原反应提供额外容量。超级电容器通常由两个高比表面积的电极(如活性炭、石墨烯或导电聚合物)、电解质和隔膜组成。充电时，阳离子在负极表面富集，阴离子在正极表面富集，形成双电层；放电时，这些离子回到电解质溶液中。与电池的比较超级电容器与电池相比具有显著的性能差异。功率密度方面，超级电容器远高于电池(可达10kW/kg以上)，能在几秒内完成充放电；但能量密度较低(通常为5-15Wh/kg)，只有锂离子电池的1/10到1/20。循环寿命是超级电容器的最大优势之一，可达100万次以上，远超电池的数千次。此外，超级电容器在极端温度下表现优异，可在-40°C至+65°C范围内正常工作。超级电容器的充放电效率也更高，通常在95%以上。然而，超级电容器的自放电率较高，存在电压迅速下降的问题。超级电容器的应用电动车辆超级电容器