Introducción completa y descripción general de las células solares

I. Análisis integral de células solares
Las células solares, como un dispositivo que convierte la energía solar en energía eléctrica, han atraído mucha atención en los últimos años. Su principio de trabajo se basa en el efecto fotoeléctrico. Al absorber los fotones a la luz solar, se estimulan electrones y agujeros, y luego se genera corriente. Las células solares tienen las ventajas de ser amigables con el medio ambiente, renovables y sin contaminación, y se usan ampliamente en muchos campos, como hogares, industrias y transporte. A continuación, daremos una introducción integral y una visión general de las células solares.

 

II. 1. Descripción general de las células solares
La energía solar, que ocupa una posición central en energía renovable, deriva su energía de la luz solar con la que estamos familiarizados. La energía de biomasa, la energía eólica, la energía oceánica y la energía hidroeléctrica, estas formas de energía aparentemente diversas, de hecho, se remontan a la fuente de energía solar. En términos generales, la energía solar cubre todas las energía renovable mencionada anteriormente. Cuando nos referimos específicamente a la energía solar como una fuente de energía renovable, generalmente nos referimos a la conversión directa y la utilización de la energía solar.

La tecnología de utilización térmica solar, es decir, la conversión eficiente de la energía de radiación solar en energía térmica a través de un dispositivo de conversión, y luego el uso de esta energía térmica para generar electricidad. Del mismo modo, la tecnología de generación de energía solar fotovoltaica, es decir, el proceso de convertir la energía de radiación solar en energía eléctrica, también es una tecnología importante. En este campo, los dispositivos de conversión fotoeléctrica, como el principio de efecto fotovoltaico de los dispositivos semiconductores, juegan un papel central.

En la década de 1950, el campo de la utilización de la energía solar marcó el comienzo de un importante salto tecnológico. En 1954, Bell Laboratories en los Estados Unidos desarrollaron con éxito una célula de silicio de cristal mon solo del 6%, que estableció las bases para la aplicación práctica de las células solares. En 1955, Tabor de Israel propuso una teoría importante de la superficie de absorción selectiva, y en base a esta teoría, desarrolló un eficiente recubrimiento de absorción solar selectiva, que promovió aún más el desarrollo de la tecnología de utilización de energía solar.

Además, las células solares también muestran sus características únicas. Es similar a una enorme unión PN, que puede convertir eficientemente la energía solar en energía eléctrica. En condiciones de iluminación estándar, las células solares pueden generar un voltaje de salida nominal de 0. 48v. Al mismo tiempo, también tiene todas las características de la unión PN, lo que le permite generar continuamente electricidad bajo la luz solar.

En aplicaciones prácticas, los módulos de células solares generalmente están conectados por múltiples células solares y se usan en accesorios de iluminación solar y otros equipos. Estos componentes tienen un coeficiente de temperatura negativo, es decir, el voltaje disminuirá en 2 mV por cada aumento de la temperatura. Al mismo tiempo, también tienen parámetros clave como ISC (corriente de cortocircuito), IM (corriente máxima), VOC (voltaje de circuito abierto), VM (voltaje máximo) y PM (potencia máxima), que son esenciales para la operación normal y la optimización del sistema.

Vale la pena mencionar que el circuito abierto o el estado de cortocircuito de la célula solar no lo dañarán. De hecho, utilizamos esta función para controlar la carga y descarga de la batería del sistema. Este método de control inteligente garantiza además la estabilidad y la durabilidad de la célula solar.
La potencia de salida WP de la célula solar se mide en condiciones de luz solar estándar. Esta condición sigue el estándar 101 de la Comisión Europea, incluida una intensidad de radiación de 1000W\/m2, una masa de aire de AM1.5 y una temperatura de la batería de 25 grados. En aplicaciones prácticas, tales condiciones son aproximadamente equivalentes a la luz del sol alrededor del mediodía en un día soleado. Sin embargo, muchas personas creen erróneamente que mientras haya luz solar, la célula solar puede generar la potencia de salida nominal e incluso piensan que puede usarse normalmente bajo luces fluorescentes por la noche. De hecho, la potencia de salida de la célula solar cambia dinámicamente y se ve afectada por muchos factores, como el tiempo y el lugar. Por lo tanto, la potencia de salida de la misma celda solar será diferente en diferentes momentos y lugares.

 

Iii. 2. Efecto fotovoltaico
El efecto fotovoltaico, o el efecto fotovoltaico para abreviar, se refiere al fenómeno de la diferencia de potencial entre diferentes partes de un semiconductor no homogéneo o una combinación de un semiconductor y un metal bajo iluminación. Las células solares usan este efecto para convertir la radiación solar en energía eléctrica a través del principio de conversión fotoeléctrica. Este proceso de conversión fotoeléctrica se llama "efecto fotovoltaico", por lo que las células solares también se denominan "células fotovoltaicas".

El material semiconductor utilizado para las células solares es una sustancia especial cuyas propiedades son entre conductores y aisladores. Similar a los átomos de sustancias ordinarias, los átomos de semiconductores están compuestos de núcleos cargados positivamente y electrones cargados negativamente. Tomando el silicio semiconductor como ejemplo, su capa externa de átomos tiene 4 electrones, que se mueven alrededor del núcleo en órbitas fijas. Cuando se emocionan por la energía externa, estos electrones se separarán de la órbita y se convertirán en electrones libres, dejando un "agujero" en la posición original.

En cristales de silicio puro, el número de electrones y agujeros libres es igual. Sin embargo, al dopar con elementos específicos, como Boron y Gallium, se pueden cambiar las propiedades conductivas del silicio. Estos elementos pueden capturar electrones, convirtiendo el silicio en un semiconductor de tipo agujeros, representado por el símbolo P; Mientras que la adición de elementos como el fósforo y el arsénico convertirá el silicio en un semiconductor de tipo electrones, representado por el símbolo N. Cuando estos dos semiconductores se combinan, su interfaz formará una unión PN. Es esta unión PN la que constituye el núcleo de la célula solar. Es como una barrera que dificulta la libre circulación de electrones y agujeros.

Cuando la célula solar está expuesta a la luz solar, los electrones absorben energía de la luz y se mueven a la región de tipo N, lo que hace que la región de tipo N se cargue negativamente; Al mismo tiempo, los agujeros se trasladan a la región de tipo P, lo que hace que la región de tipo P cargue positivamente. De esta manera, se genera una fuerza electromotriz, comúnmente conocida como voltaje, en ambos extremos de la unión PN. Si los cables de metal están soldados a la capa de tipo P y la capa de tipo N respectivamente y la carga está conectada, la corriente fluirá en el circuito externo. Al conectar múltiples elementos de la batería en serie y en paralelo, se puede generar el voltaje y la salida de corriente requeridos.

En la actualidad, la célula solar más madura y comercialmente valiosa es la célula solar de silicio.
Las células solares, un dispositivo que convierte eficientemente la energía solar en energía eléctrica a través del efecto fotovoltaico, tienen una estructura básica como se muestra en la figura anterior. Cuando dos tipos diferentes de materiales semiconductores, de tipo N y tipo P, entran en contacto entre sí, se forma un campo eléctrico incorporado que apunta desde el tipo P hasta el tipo N en su interfaz debido a la difusión y los efectos de deriva. Cuando la luz solar brilla en la superficie de la célula solar, los fotones con energía que exceden el BandGAP excitarán los pares de electrones y agujeros. Estos portadores minoritarios desequilibrados se separan efectivamente bajo la acción del campo eléctrico interno y se acumulan en los electrodos positivos y negativos de la batería, proporcionando así una salida de corriente estable para la carga externa.

 

IV. 3. Tendencia de desarrollo de células solares de silicio cristalinas
Las células solares de silicio cristalinas se están desarrollando en la dirección de alta eficiencia y película delgada. En términos de células de silicio monocristalinas de alta eficiencia, la célula de contacto de punto posterior (PCC) de la Universidad de Stanford, la célula de la región emisora ​​pasivada (PESC, Perc, PERL) de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW), y la célula localizada de la superficie posterior (LBSF) del Instituto Fraumhofer de Energía Solar en Alemania está sobresaliente. Al mismo tiempo, las células de alta eficiencia de silicio policristalino también han atraído mucha atención. Su ventaja es que pueden preparar directamente lingotes de silicio cuadrados de gran tamaño adecuados para la producción a gran escala, con equipos simples y un proceso de fabricación de ahorro de energía. Aunque la eficiencia de las células de silicio policristalina se ve afectada por los límites de material y de grano, su rendimiento ha mejorado significativamente al adoptar tecnologías como la obtención, la pasivación y el campo trasero. Entre ellos, el proceso de obtención de aluminio convencional se forma sinterización después de evaporar una película de aluminio en la parte posterior de la celda, lo que no solo simplifica el proceso de fabricación, sino que también ayuda a mejorar la eficiencia de la célula. Además, la pasivación de hidrógeno, como un método efectivo para mejorar la calidad del silicio policristalino, puede reducir significativamente los defectos como los enlaces colgantes en el cuerpo de silicio a través de la implantación de iones o el tratamiento con plasma. Al mismo tiempo, una capa de película antirreflección de nitruro de silicio está recubierta en la superficie de las células solares de silicio policristalinas por PECVD, que también puede lograr la pasivación de hidrógeno de silicio policristalino. Además, la tecnología de pasivación de oxígeno superficial también se ha utilizado ampliamente en células solares de alta eficiencia, especialmente en materiales de silicio cristalino de grado fotovoltaico, donde el efecto es más obvio. La oxidación térmica es una de las medias técnicas comúnmente utilizadas, y la oxidación de la superficie PECVD a una temperatura más baja también muestra cierto potencial.
Tratamiento superficial de células solares de silicio policristalino

Debido a la presencia de múltiples orientaciones de cristal en la superficie de las células solares de silicio policristalino, es difícil obtener una estructura de terciopelo ideal grabando como silicio de cristal único con orientación cristalina (100). Por lo tanto, los investigadores están comprometidos a explorar varios métodos de tratamiento de superficie para lograr el propósito de la antirreflección. Entre ellos, el uso de ruedas de molienda de múltiples pañuelos para surgir la superficie de las obleas de silicio puede acortar el tiempo de proceso de obleas de silicio de 10 cm × 10 cm a 30 segundos, mostrando cierto potencial práctico.

Además, el silicio poroso también se considera una opción práctica para las películas antirreflectante para las células solares de silicio policristalino. Su efecto antirreflección es comparable al de las películas antirreflexiones dobles, lo que aumenta la eficiencia de las células de silicio policristalina al 13.4%.

Investigación y desarrollo de baterías de película delgada

Para reducir aún más el costo de las células solares, el campo fotovoltaico continúa explorando la investigación y el desarrollo de baterías de película delgada. En la actualidad, las baterías de película delgada de silicio amorfo, las baterías de sulfuro de galio (CDTE) y las baterías de selenuro de indio de cobre (IC) se han desarrollado con éxito. En particular, las baterías de silicio amorfo tienen un proceso de preparación relativamente simple y un bajo costo, y han recibido una atención generalizada.

 

Embalaje de células solares

La forma de envasado de las células solares es crucial para la vida laboral de la batería. En la actualidad, el proceso de laminación se ha convertido en la corriente principal, lo que puede garantizar la vida laboral de las células solares durante más de 25 años. En contraste, aunque la apariencia inicial de la encapsulación de goteo es hermosa, la vida laboral de la célula solar se limita a 1 ~ 2 años. Por lo tanto, para aplicaciones como las luces de césped solar de baja potencia que no requieren una gran vida útil, se puede utilizar la forma de encapsulación de goteo; Mientras que para las luces solares con una vida útil clara, se recomienda elegir la forma de encapsulación laminada. Además, también se usa un nuevo tipo de material de gel de silicona para la encapsulación de las células solares de goteo, y se dice que su vida laboral es de hasta 10 años.

 

Clasificación de sistemas de generación de energía fotovoltaica

Los sistemas de generación de energía fotovoltaica se pueden dividir en dos tipos: independientes y conectados a la red. Los sistemas de generación de energía fotovoltaica independientes se utilizan principalmente en áreas o áreas remotas sin cobertura de cuadrícula; Mientras que los sistemas de generación de energía fotovoltaica conectados a la red están conectados a la cuadrícula, y la electricidad generada puede ingresarse directamente en la cuadrícula.

1. Los sistemas de generación de energía de CA solar independientes generalmente incluyen los siguientes componentes centrales:

Matriz de células solares: consiste en módulos de células solares dispuestos y conectados de manera específica, que son compatibles con los soportes y las bases.

Batería de almacenamiento de energía: se puede seleccionar de acuerdo con las necesidades reales y puede ser diferentes tipos de baterías recargables.

Controlador: es específicamente responsable de controlar el proceso de carga de la matriz de células solares a la batería de almacenamiento de energía. Tiene múltiples funciones de protección para garantizar la operación segura y estable del sistema.
Inversor: un dispositivo que convierte la alimentación de CC proporcionada por la batería de almacenamiento de energía en la alimentación de CA requerida. Por ejemplo, en China, el voltaje de salida es de 220 V y la frecuencia es de 50Hz.
Cuadro de distribución y cables de conexión: responsable de conectar los diversos componentes del sistema y administrar la alimentación de salida.

 

2. Sistema independiente de generación de energía Solar DC
Generalmente incluye los siguientes componentes del núcleo:

Matriz de células solares: está compuesto por módulos de células solares dispuestos y conectados de manera específica, que están firmemente respaldados por soportes y cimientos.

Batería de almacenamiento de energía: se selecciona según las necesidades de uso reales y puede incluir diferentes tipos de baterías recargables.

Controlador: es específicamente responsable de monitorear y controlar el proceso de carga de la matriz de células solares a la batería de almacenamiento de energía. Sus funciones de protección múltiples incorporadas están diseñadas para garantizar el funcionamiento continuo y estable del sistema.

Cuadro de distribución y cables de conexión: responsable de conectar los diversos componentes del sistema entre sí y administrar efectivamente la potencia de salida.

 

3. Sistema de generación de energía de CA solar conectado a la red
El sistema de generación de energía de CA solar conectado a la red generalmente incluye los siguientes componentes:

Matriz de células solares: está compuesto por módulos de células solares dispuestos y conectados de manera específica, que están firmemente respaldados por soportes y cimientos.

Batería de almacenamiento de energía: seleccione de acuerdo con las necesidades de uso reales, que pueden incluir diferentes tipos de baterías recargables.

Controlador: responsable de monitorear y controlar el proceso de carga de la matriz solar a la batería de almacenamiento de energía. Sus funciones de protección múltiples incorporadas aseguran la operación continua segura y estable del sistema.

Inverter conectado a la red: convierte la potencia de CC de la batería de almacenamiento de energía en la alimentación de CA requerida, como el 220V50Hz comúnmente utilizado en China.

Box de distribución y cables de conexión: responsable de conectar y administrar la potencia de salida de varios componentes en el sistema.

Además, los sistemas de iluminación solar también son un área de aplicación importante. El diseño de lámparas solares debe considerar las condiciones específicas del área de uso. En el este de China, la relación apropiada entre la potencia de salida nominal de los módulos de células solares y la potencia de entrada de las lámparas es de aproximadamente 2 ~ 4: 1, y la relación específica depende del tiempo de trabajo de las lámparas y las necesidades de iluminación de los días lluviosos continuos. La instalación de células solares también es un enlace clave. Su ángulo de inclinación y dirección afectarán la potencia de salida y la vida útil. En los tramos inferiores del río Yangtze, el ángulo de inclinación ideal de las células solares es de aproximadamente 40 grados, mirando hacia el sur. Al mismo tiempo, para evitar el llamado "efecto de isla de calor", es decir, una sola célula solar puede dañarse por el calor después de ser bloqueado, se usa realmente un módulo de células solares compuesto por múltiples células solares, y se toman medidas como la inclinación e instalación de pasadores a prueba de aves.

Independientemente del estilo y la potencia de las lámparas solares, el circuito de control de carga y descarga, uno de sus componentes centrales, es crucial. Para garantizar la durabilidad de la batería, sus condiciones de carga y descarga deben controlarse estrictamente para evitar sobrecarga y descarga profunda. Además, debido a la gran fluctuación de la energía de entrada del sistema de generación de energía solar fotovoltaica, el control de carga de la batería en el sistema de generación de energía fotovoltaica es más complicado que el de las baterías ordinarias. El rendimiento de las lámparas solares a menudo depende del diseño y la implementación del circuito de control de carga y descarga. Si hay una falta de circuito de control de carga y descarga de alto rendimiento, el rendimiento de las lámparas solares será difícil de garantizar.

 

En el contexto de la aplicación generalizada de la generación de energía solar fotovoltaica, la selección de baterías de plomo-ácido para el almacenamiento de energía es particularmente importante. Desde proyectos solares fotovoltaicos a gran escala en Europa y Estados Unidos hasta el proyecto Guangming de mi país, la generación de energía solar fotovoltaica ha mostrado un fuerte impulso de desarrollo. Con el avance de la tecnología fotovoltaica y la popularización de los módulos fotovoltaicos de bajo costo, los escenarios de aplicación como lámparas solares, estaciones de energía fotovoltaica y fuentes de energía fotovoltaica doméstica han presentado mayores requisitos para las baterías. En la actualidad, las baterías de ácido de plomo selladas reguladas por válvulas, las baterías de ácido de plomo coloidal y las baterías de plomo-ácido sin mantenimiento se han convertido en las fuentes de alimentación de almacenamiento de energía convencionales en los sistemas fotovoltaicos. La resistencia a la intemperie de estas baterías es crucial para garantizar el funcionamiento estable del sistema. Este artículo se centrará en el impacto de la temperatura en la duración y capacidad de la batería en entornos naturales y las soluciones correspondientes, y al mismo tiempo analizaron profundamente los puntos clave para seleccionar baterías de plomo-ácido de almacenamiento de energía.

 

5. El impacto de la temperatura en la vida útil de las baterías de plomo-ácido
Las baterías VRLA de plomo-ácido son muy sensibles a los cambios de temperatura. Según el principio de Arinius, cuando la temperatura excede los 40 grados, su vida se reducirá a la mitad por cada aumento de 10 grados. Las principales razones del final de la duración de la batería incluyen el secado de electrolitos de ácido sulfúrico, fugitivo térmico y cortocircuito interno.

El secado del electrolito de ácido sulfúrico es uno de los factores clave que afectan la vida útil de las baterías de plomo-ácido. El secado de ácido hará que la capacidad de la batería disminuya o incluso falle por completo, lo cual es un problema exclusivo de las baterías de plomo-ácido. Las posibles razones incluyen baja eficiencia de recombinación de gas, evolución de hidrógeno y oxígeno y evaporación de agua, filtración de agua dentro de la cubierta de la batería, diseño de válvula de control inadecuado y desajuste entre el equipo de carga y el voltaje de la batería. Vale la pena señalar que a medida que aumenta la temperatura ambiente, la tasa de pérdida de agua causada por los tres factores (2), (3) y (4) acelerará, acelerando así la falla de secado de la batería de ácido de plomo.

Además, el fugitivo térmico también es un gran desafío que enfrenta las baterías de plomo-ácido. Durante el proceso de carga y descarga, la batería genera calor. Si no se descarga a tiempo, la temperatura de la batería continuará aumentando. Especialmente cuando se trabaja en un entorno de alta temperatura, el calor acumulado dentro de la batería es más difícil de disipar, lo que puede provocar sobrecalentamiento, mayor pérdida de agua, mayor resistencia interna y un círculo vicioso, desarrollándose gradualmente en fugación térmica y, en última instancia, causando falla de la batería.

 

Las baterías VRLA-ADID-ACID tienen una conductividad térmica extremadamente pobre y una capacidad de calor extremadamente pequeña debido a su único diseño de ensamblaje apretado líquido magro y 10% de poros en el separador. Esto hace que las baterías VRLA de plomo-ácido sean más propensas al fugitivo térmico en entornos de alta temperatura. Dado que la cantidad de gas descargada por la válvula de seguridad es limitada, es difícil quitar el calor dentro de la batería. Una vez que se produce un fugitivo térmico, la batería se deformará severamente, se rompió y fallará por completo.

Por otro lado, el cortocircuito interno también es una causa de falla de la batería de plomo-ácido. Esto es causado principalmente por la degradación y el envejecimiento del material del diafragma, el desprendimiento y la expansión del material activo, o la penetración del diafragma por las dendritas generadas durante el proceso de carga. Después de la descarga profunda, el separador de adsorción de la batería es propenso al terciopelo o precipitación dispersa, o la formación de dendritas, lo que resulta en circuitos micro-cortos de las placas positivas y negativas.
Debido al diseño redundante del electrodo negativo de las baterías VRLA de plomo-ácido, la eficiencia de carga del electrodo negativo es mayor que la de la placa positiva en las etapas tempranas y medias de la carga, por lo que el electrodo negativo generará primero suficiente plomo de terciopelo, lo que conduce a la reacción de recombinación de oxígeno. En el proceso de producción de baterías, la degradación del rendimiento de la batería se puede ralentizar controlando la cantidad de material activo de electrodo negativo.
Además, los aditivos como sales de metal u óxidos como zinc, cadmio, litio, cobalto, cobre y magnesio se usan comúnmente en las baterías de plomo-ácido para mejorar el rendimiento de la batería. Estos aditivos actúan como electrolitos fuertes, y sus iones migran al electrodo negativo durante la descarga. Estos iones metálicos tienen un efecto de coordinación química, que puede reducir la probabilidad de formación de sulfato de plomo. Incluso si se forma sulfato de plomo, su estructura es relativamente suave y más fácil de ablandar o reducir.

Cuando use la batería, trate de mantener una temperatura estable y evite los cambios de temperatura drástica para reducir la posibilidad de precipitación de dendrite. En resumen, la alta temperatura acelerará la pérdida y el secado de agua de la batería, fugitivo térmico, corrosión positiva de la red y deformación, mientras que la temperatura baja puede causar falla negativa de pasivación de electrodos. Las fluctuaciones de temperatura acelerarán el cortocircuito interno de las baterías de plomo-ácido, y estos factores tendrán un efecto adverso en la vida útil de la batería.

 

VI. Efecto de la temperatura en la capacidad de la batería de plomo-ácido

(I) El primer tipo de pérdida de capacidad temprana, denominada PCL-ⅰ

El principal culpable para la caída repentina en la capacidad de la batería de plomo-ácido es la capa de barrera. Esta barrera se deriva de los defectos de regeneración y el efecto semiconductor de la aleación PB-CA-SN-AL. Construye una barrera conductora unidireccional entre el material activo de electrodo positivo y la cuadrícula. Esta capa de barrera está compuesta de cristales complejos con propiedades semiconductores y es sensible a la temperatura. Al mejorar el proceso de dopaje de semiconductores, como las aleaciones de batería y los aditivos de pasta de plomo, hemos mejorado con éxito la conductividad al aprovechar la sensibilidad de los cristales de semiconductores a la pureza, aliviando efectivamente este modo de falla.

 

(Ii) el segundo tipo de pérdida de capacidad temprana, denominado PCL-ⅱ

El verdadero culpable de la caída lenta en la capacidad de la batería de plomo-ácido no es la corrosión de la cuadrícula común, la sulfación o el desprendimiento de materiales activos, sino la expansión de los materiales activos porosos. Esta expansión es particularmente evidente en el proceso de ablandamiento de PBO2 → PBSO4, lo que no solo hace que el material activo positivo se vuelva suave y la estructura compleja se dañe, sino que también hace que el material activo se ablande y se caiga, lo que a su vez hace que la placa positiva pierda la capacidad a una velocidad más lenta.

 

(Iii) El tercer tipo de pérdida de capacidad temprana, denominada PCL-ⅲ

El problema de las baterías de plomo-ácido que no se pueden cargar a menudo provienen de la reducción o pérdida de la actividad de los aditivos de electrodos negativos. Esto puede conducir a dificultad para cargar, mala aceptación y recarga insuficiente, y finalmente conducir a la sulfación de la parte inferior 1\/3 de la placa negativa.

En condiciones de alta temperatura, los aditivos del electrodo negativo se descompondrán o se disolverán en el electrolito, lo que conducirá a pérdidas tempranas y luego la pasivación del cable de terciopelo del electrodo negativo. Por el contrario, en condiciones de baja temperatura, debido a la reducción de la solubilidad, incluso si la corriente de descarga es la misma que la concentración a baja temperatura y la velocidad de descarga permanece sin cambios, la saturación aumentará en relación con la baja solubilidad de equilibrio. Además, la baja temperatura aumentará la viscosidad de la solución ácida y reducirá la velocidad de difusión ácida, aumentando así la resistencia interna de la batería y afectando su rendimiento de transferencia de masa de alta velocidad.

 

El grosor de la capa de pasivación está estrechamente relacionado con el tamaño del cristal, la porosidad y la estructura de poros del sulfato de plomo, que están estrechamente relacionados con la solubilidad del sulfato de plomo y la saturación de la solución en la superficie del electrodo de plomo. Bajo baja temperatura, la alta densidad de corriente y la concentración de ácido sulfúrico, la saturación de la solución en la superficie del electrodo negativo será demasiado alta, lo que dará como resultado el engrosamiento de la capa de pasivación, lo que puede hacer que la batería falle debido a las dificultades de descarga. En este momento, la placa negativa no se puede cargar ni descargar.

El mecanismo y el grado de influencia de la temperatura en los factores anteriores implican teorías de múltiples disciplinas, incluida la termodinámica electroquímica, la cinética electroquímica, etc. Vale la pena señalar que la alta temperatura causa la falla de oxidación de los aditivos en la batería, lo que a su vez hace que el material activo se caiga y acelera la decadencia temprana de la batería. Esta descomposición eventualmente acortará la vida útil de la batería de plomo-ácido y reducirá su confiabilidad.

 

Además, la corrosión de la placa positiva también es un problema que no se puede ignorar. Según el principio de la termodinámica química, cuanto mayor sea la temperatura ambiente, mayor es la profundidad de descarga de la batería de plomo-ácido y mayor es la densidad de electrolitos, lo que a su vez agrava la corrosión de la cuadrícula. El almacenamiento a largo plazo engrosará la capa de corrosión, acompañada de deformación y estiramiento de la cuadrícula, lo que resulta en una disminución en la resistencia a la tracción de la cuadrícula. Cuando el material activo se cae o el producto de corrosión es demasiado grueso, la resistencia de la cuadrícula aumentará, lo que afectará la capacidad de la batería. Una vez que la capacidad de la batería cae en un 20%, se puede juzgar como fallida.

En resumen, como un recipiente electroquímico, la batería es muy sensible a los cambios en la temperatura ambiente. La temperatura ambiente no solo afecta la vida útil de la batería, sino que también tiene un impacto directo en su capacidad. Los dos están interrelacionados e inseparables.

Desarrollo de baterías coloidales de plomo-ácido (baterías de plomo-ácido reguladas por la válvula)
En los últimos años, las baterías de plomo-ácido se han utilizado ampliamente en el campo de las lámparas solares. Sin embargo, cuando las baterías de vrla de plomo-ácido funcionan las 24 horas en los entornos naturales, su resistencia a la intemperie enfrenta desafíos, especialmente en el rango de temperatura de -20 grado ~ 40 grados. Para resolver este problema, hemos desarrollado con éxito una batería coloidal con una mejor resistencia a la intemperie, cuyo rango de temperatura de funcionamiento puede alcanzar -40 grado ~ 60 grados, ampliando aún más el rango de aplicaciones de las baterías de plomo-ácido.

 

La batería coloidal de plomo-ácido adopta un esquema único de diseño de líquido rico, y su líquido ácido aumenta en un 20% en comparación con la batería de plomo-ácido VRLA. La batería está llena de electrolito de gel alrededor del grupo de postes y entre los tanques, lo que hace que tenga una gran capacidad de calor y una excelente disipación de calor. Además, la batería coloidal también supera los tres problemas anteriores de pérdida de capacidad temprana y tiene las siguientes ventajas significativas:

 

Primero, utiliza un electrolito especial no liquidal no gel para inhibir el ablandamiento y el desprendimiento del material activo de la placa positiva al aumentar la presión de ensamblaje (especialmente la presión en la superficie de la placa positiva). Al mismo tiempo, la válvula de control bien diseñada aumenta la recombinación de oxígeno y reduce la pérdida de agua, extendiendo así la duración de la batería.

En segundo lugar, la estructura de la cuadrícula de la batería coloidal está cuidadosamente diseñada, utilizando medias de proceso especiales y formulaciones de material. Esta estructura forma microporos, aumenta la interfaz de reacción entre el electrodo y el electrolito, reduce la resistencia de contacto y reduce la polarización del electrodo. Esto mejora enormemente la tasa de utilización del material activo del electrodo, la eficiencia de carga y la potencia de descarga y salida de la batería.

 

Además, la cuadrícula positiva utiliza una combinación de múltiples aleaciones de múltiples elementos, como PB-CA-SN-AL-SB-ZN-CD, mientras que la cuadrícula negativa utiliza materiales sobrepotenciales de alto hidrógeno de aluminio de plomo y caluminio. Tal diseño no solo mejora la capacidad y la vida útil de la batería, sino que también garantiza que el colector de aleación de múltiples elementos de plomo tenga las características de la pequeña resistencia interna y la resistencia a la corrosión, y pueda soportar el uso de carga flotante a largo plazo.

 

Además, al adoptar nuevas tecnologías y mejorar la fórmula del material de la cuadrícula, la resistencia a la fluencia y la resistencia a la corrosión de la batería coloidal de plomo-ácido se han mejorado significativamente. Al mismo tiempo, el uso de separadores de PE porosos de baja resistencia y el rico espacio líquido diseñado en la placa aseguran que el ácido no desborde, contamine el medio ambiente o corroe las piezas del equipo durante la operación de la batería, y puede absorber suavemente el cátodo de gas. Estas medidas de mejora extienden aún más la vida útil de la batería.

(Vi) La cubierta de la cáscara de la batería adopta una válvula transpirable de tipo laberinto especialmente diseñable, combinada con aditivos especiales, lo que reduce efectivamente la pérdida de agua.

(Vii) Al usar correctamente los aditivos, se puede mantener el estado de carga normal del electrodo negativo, se puede evitar la sulfidación del electrodo negativo y se puede reducir la autodescarga del electrodo negativo. Esto no solo garantiza la carga estable del electrodo negativo, sino que también reduce el potencial de polarización del electrodo positivo, frenando así la corrosión de la cuadrícula positiva y extendiendo aún más la vida útil de la batería.

 

A continuación, exploraremos el historial de desarrollo y el estado actual de la generación de energía fotovoltaica. Desde el nacimiento de la primera célula fotovoltaica práctica en 1954, la generación de energía solar fotovoltaica ha progresado significativamente. Aunque su velocidad de desarrollo es ligeramente más lenta que la de las computadoras y las comunicaciones de fibra óptica, la creciente demanda de energía y las limitaciones de la energía convencional han atraído gradualmente la atención a la generación de energía fotovoltaica. En particular, la crisis del petróleo en 1973 y los problemas de contaminación ambiental en la década de 1990 promovieron el rápido desarrollo de la tecnología de generación de energía fotovoltaica. Su proceso de desarrollo se puede resumir en las siguientes etapas:
En 1893, el científico francés Becquerel descubrió el "efecto fotovoltaico", estableciendo las bases para el desarrollo de la tecnología fotovoltaica. Posteriormente, Adams y otros descubrieron el efecto fotovoltaico de estado sólido sobre los metales y las hojas de selenio en 1876, abriendo un nuevo capítulo en tecnología fotovoltaica. En 1883, se realizó la primera "fotocélula de selenio" y se usó como un dispositivo sensible en varios campos.

 

Al ingresar al siglo XX, la tecnología fotovoltaica ha progresado significativamente. En 1930, Schottky propuso la teoría del "efecto fotovoltaico" de la barrera Cu2O, que proporcionó un importante apoyo para la investigación posterior. En el mismo año, Langer propuso por primera vez usar el "efecto fotovoltaico" para fabricar "células solares" para lograr la conversión de energía solar en energía eléctrica.

 

Con la profundización de la investigación, la eficiencia de las células fotovoltaicas se ha mejorado continuamente. En 1954, Chabin y Pirson hicieron con éxito las células solares solteras prácticas en Bell Laboratories en los Estados Unidos, con una eficiencia del 6%, lo que marcó que la tecnología fotovoltaica ha entrado en una nueva etapa de desarrollo. En el mismo año, Wecker descubrió el efecto fotovoltaico del arsenuro de galio e hizo células solares de película delgada, promoviendo aún más el desarrollo de la tecnología.

 

Posteriormente, los países se han dedicado a la investigación y el desarrollo de la tecnología fotovoltaica. En 1958, las células solares se usaron en el espacio por primera vez, equipadas con la fuente de alimentación del satélite American Pioneer 1, que muestra sus amplias perspectivas de aplicación. Con el nacimiento de las células solares de silicio policristalino y la operación conectada a la red de las células solares de silicio, la tecnología fotovoltaica se ha convertido gradualmente en una solución energética confiable.

 

Después de ingresar a la década de 1990, la tecnología fotovoltaica ha progresado en el avance. La eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células solares de arsenuro de galio ha alcanzado el 13%, y la eficiencia de las células solares de sulfuro de cadmio de película delgada también ha alcanzado el 8%. Además, el desarrollo exitoso de células ultravioletas y células de campo posterior ha mejorado aún más el alcance de la eficiencia y la aplicación de las células fotovoltaicas.

 

A medida que la búsqueda del mundo de la energía renovable se vuelve cada vez más urgente, la tecnología fotovoltaica se ha convertido en un tema candente de investigación. Los países han propuesto planes de techo fotovoltaico y objetivos de desarrollo para promover la aplicación generalizada de la tecnología fotovoltaica. Después de 1997, Estados Unidos, Japón y la Unión Europea han propuesto planes de desarrollo de Grand Potovoltaica, lo que indica que la tecnología fotovoltaica está a punto de marcar una nueva etapa de desarrollo.

 

En la actualidad, la aplicación de la tecnología fotovoltaica se ha vuelto cada vez más extensa, no solo desempeña un papel importante en el campo de energía, sino que también proporciona soluciones de energía limpias y eficientes para el transporte, la construcción y otros campos. Mirando hacia el futuro, se espera que la tecnología fotovoltaica ocupe una posición más importante en el campo de la energía global y haga mayores contribuciones al desarrollo sostenible de la humanidad.