太陽電池とリチウム電池の違いは何ですか？

正確には、これら2つは同じものではありません。ソーラー「バッテリー」はバッテリーではなく、光電変換半導体であり、エネルギー貯蔵のために追加のバッテリーパックが必要です。リチウム電池は、化学エネルギー変換電気エネルギー装置です。

太陽電池は光起電力効果の特殊な材料です。電気エネルギーを蓄えることはできません。太陽放射エネルギーを瞬時に電気エネルギーに変換することしかできません。日光が当たらないと電流が出ません。リチウム電池は電池の一種で、太陽電池として使用できます。電気は太陽がなくても夜でも簡単に使えるように蓄えられています。太陽光発電アプリケーションでは、2つが一緒に使用されることがよくあります。

太陽エネルギーとリチウム電池でなければなりません。バッテリーを追加すると、ソーラーパネルは役に立たなくなります。通常のバッテリーは充電できません。電池使用時は日光が当たらないので使用できません。リチウム電池なら使えます。長い間、最初は高価でしたが、実用的で、小型のリチウム電池は10個を超えないので、リチウム電池にはまだ適しています。

太陽電池は、光エネルギーを吸収して電気に変換する光子エネルギー変換のバッテリーです。リチウム電池は充電式電池であり、その中で充電を繰り返すことができます。

電気に変換した後、リチウム電池を使って太陽電池を保管してみませんか？もちろん可能ですが、一般的なリチウム電池の電圧は高く、充電制御回路はより高い必要があり、一般的な太陽電池の充電電流は非常に小さいので、一般的な充電式電池を使用するのに十分です。

エネルギー問題は今日の世界では永遠のトピックであり、電子機器、新エネルギー車、スマートグリッドの開発につながっています。クリーンで持続可能なエネルギー源として、太陽エネルギーはバッテリーの不足を補うことができ、バッテリーは太陽エネルギーの断続的な問題を補うことができます。太陽電池とエネルギー貯蔵電池を有機的に組み合わせる方法は？最近、米国のサウスダコタ州立大学のQiquanQiao教授（通信著者）は、「太陽電池-エネルギー貯蔵電池」統合システムの設計で遭遇する問題を要約し、議論し、楽しみにしていました。その中で、「ソーラーバッテリー-エネルギー貯蔵バッテリー」統合システムの3つの重要なパラメーター：エネルギー密度、効率、安定性が1つずつ解釈されます。

1統合された太陽電池の必要性-エネルギー貯蔵バッテリー

今日の大衆消費者は、エネルギー技術とその開発に大きく依存しています。現在のエネルギーに関連する3つの主要な技術は、スマート電子製品、電気自動車、スマートグリッドです。スマートエレクトロニクスは容量が限られたバッテリーに依存しており、有線接続を使用して電子デバイスを頻繁に充電する必要があります。太陽エネルギーは屋外の太陽光で100mWcm-2に達する可能性があるため、太陽光発電または太陽光発電（PV）はバッテリー充電の可能性を提供します。もう1つの繁栄している市場は電気自動車産業です。電気自動車は二酸化炭素を排出しませんが、自動車で使用される電力のほとんどは、化石燃料駆動の電力網から供給されます。電気自動車の持続可能性は、自動車が再生可能エネルギー源からの電力を使用しない限り、ほとんど役に立ちません。さらに、充電ステーションの分布も実際の用途を制限します。太陽光発電などの分散型電源は、電気自動車に最適な充電方法です。別の将来のアプリケーションはグリッドです。再生可能エネルギーの利用は着実に拡大しています。太陽光発電を利用する上での最大の問題は、夜間や曇りの日には太陽光が不足し、使用中に断続的に電力が供給されることです。この断続的な性質は、グリッドアプリケーションの重要な問題である電力変動出力につながります。その結果、電力会社は太陽光発電をグリッドに統合する電力を制限しています。これは、太陽光発電の可能性を十分に活用していません。エネルギー貯蔵バッテリーはこれらの問題を解決することができます。バッテリーは日中に充電し、夜に放電することができます。これにより、太陽光発電をグリッドに接続することができます。

2従来型および高度な「太陽電池-エネルギー貯蔵バッテリー」システム

太陽電池を使用してバッテリーを充電する従来の方法は、2つのシステムを独立して設計することです。それは、ワイヤーを介して2つの独立したユニットとして太陽電池とエネルギー貯蔵バッテリーを含みます。このようなシステムは、高価で扱いにくく、柔軟性がない傾向があり、外部ワイヤが電力の損失につながる可能性があることに加えて、より多くのスペースも必要とします。

容量とエネルギー貯蔵を1つのユニットに有機的に統合して統合設計することで、太陽電池とバッテリーのエネルギー密度の問題を効果的に解決できます。この設計には小型化の特徴があり、これによりコストが削減され、太陽光発電システムの実用性が向上します。多くの利点がありますが、効率、容量、安定性の点で依然として大きな課題があります。この分野の現在の研究はまだ始まったばかりであり、研究の焦点は主に材料とデバイスの設計にあります。

統合型太陽電池システムは、3つの電極（図1bおよび1c）と二重電極（図1d）の2つの異なるタイプの構成で実行できます.3つの電極の設計では、電極は共通電極として使用されました電極とアノードの間の光起電力デバイスおよびバッテリーとして。二重電極構成では、正と負が同時に光変換機能とエネルギー貯蔵の機能を実行します。

3バイナリの個別の「太陽電池-エネルギー貯蔵バッテリー」設計

このパートでは、「太陽電池-エネルギー貯蔵電池」設計の以前の分離の作業を要約します。シリコン太陽電池、ペロブスカイト太陽電池、色素増感太陽電池は、さまざまな形のリチウムイオン電池と組み合わせることができます。 4つのシリーズのペロブスカイト太陽電池は、7.36％の効率でリチウムイオン電池を充電します。通信の著者であるQiaoQiquanチームは、変圧器と最大電力点追従を使用して、単一セルのペロブスカイト太陽電池を使用してリチウムイオン電池を充電し、その効率は9.36％に達しました。研究成果はAdvanceEnergyMaterialsに掲載されました。

一体型一体型「ソーラーバッテリー-エネルギー貯蔵バッテリー」の4つのデザイン

一体型の「ソーラーバッテリー-エネルギー貯蔵バッテリー」の設計作業のほとんどは、バッテリーではなく、太陽電池と容量性エネルギー貯蔵の組み合わせに焦点を合わせています。統合システムの設計は、（1）直接統合、（2）軽い補助統合と統合、（3）酸化も流入フロー電池の3つのタイプに分けることができます。太陽電池とバッテリーを積み重ねた直接統合（酸化を含まず、フローバッテリーも濃縮します）バッテリーに太陽エネルギーを使用する軽い補助統合は、エネルギーの一部のみを提供します。酸化も流入フローの統合には、ソーラー充電酸化も流入フロー電池の使用が含まれます。前任者の仕事の3つの形式に関する記事はそれぞれ詳細な要約を行っており、図3、4、および5はそれぞれそれらの典型的な代表です。

5.1エネルギー密度

従来のリチウムイオン電池は、エネルギー密度を高めるためにコイル状に包装されることが多いが、「太陽電池・エネルギー貯蔵電池」の統合システムには適さない。リチウムイオン電池の梱包方法は、太陽エネルギーを受け入れる地域に影響を与えるためです。太陽電池の数と電力は、利用可能なPV表面積、可能なスタックセルの数、および電力マッチングのニーズに対応するために、エネルギー貯蔵部分と一致する必要があります。電極に高比容量の材料を使用すると、システムの全体的なエネルギー密度を高めることができます。たとえば、シリコン-NMCバッテリーのエネルギー密度は400 KW / kgで、シリコンは光起電性材料です。シリコンが統合システムで統合リチウムイオン電極として使用される場合、それは光起電電極としても使用でき、理想的な設計になります。シリコン太陽電池は高い結晶化度を必要とし、リチウムインターカレーションはシリコンの結晶化度を低下させるため、最適なバランスポイントを見つける必要があります。リチウム金属電池の研究により、システム全体のエネルギー密度を高めることも可能になりました。さらに、光変換の文献の報告によると、ペロブスカイト材料はリチウムイオンを埋め込む能力が実証されており、ペロブスカイトにドープされたリチウムイオンは光起電力性能にプラスの効果をもたらし、ペロブスカイトを統合された太陽電池システムにすることもできます二重機能材料の大容量。エネルギーアプリケーションの体積比が高い場合は、より適切になります。

理想化された統合システムの全体的な効率は、太陽エネルギー変換効率とエネルギー貯蔵システムの積であり、統合システムは、統合された効率の設計において実際には、太陽エネルギー変換効率によって制限される最大効率を達成することができますさまざまな損失を考慮するシステム。シリコン太陽電池とペロブスカイトセルは、より効率的な光電変換を提供し、統合システムの全体的な効率を向上させます。太陽電池の効率を高めたい場合、考慮すべきもう1つの要素は、太陽電池が最大電力を供給できるようにする最も強力な追跡（MPPT）です。エネルギー貯蔵バッテリー、クーロン効率を最大化するために最適な一致を選択する必要は負です。

5.2安定性

安定性は、光安定性、電気化学的安定性、および環境安定性を考慮する必要があり、電極材料の慎重な選択が必要です。人々はペロブスカイト太陽電池の安定性の研究において満足のいく進歩を遂げましたが、彼らはまだ予備研究段階にあります。統合システムの光起電部分としてペロブスカイトを選択する場合は、ペロブスカイトについてより大きな研究を行う必要があります。突破します。液体電解質の使用は、システムの安定性にも悪影響を及ぼします。システム全体の安全性と安定性を向上させるために、固体電解質を選択できます。太陽電池部分は発熱するため、エネルギー貯蔵電池の電極材料を選択する際に、耐熱性も高いと考えられます。

6.今後の開発の方向性と展望

統合された「太陽電池-エネルギー貯蔵バッテリー」システムは、まだ研究開発の初期段階にあります。これまでの文献報告は、革新的な材料開発と新しい機器設計の実現可能性に焦点を合わせており、将来の研究はこの方向で発展し続けるはずです。斬新なデザインは、大容量、高効率、より安定した材料と組み合わせる必要があります。統合システムの最適化は、エネルギー変換と貯蔵の二重機能材料の使用、大容量エネルギー貯蔵材料の使用、最大電力追跡、統合リチウムイオンコンデンサ、固体電解質の使用など、次の戦略を使用できます。電気化学電極と電解質。統合システムは、シミュレーションまたはモデリング手法を利用して、システムパフォーマンスをより正確に予測し、より優れた設計ソリューションを提供できます。さらに、今後の取り組みは、センサーネットワーク、ウェアラブル機器、実用化の組み合わせなどの電子機器などを備えた「太陽電池-エネルギー貯蔵バッテリー」統合システムを参照する必要があります。統合システムの「太陽電池-エネルギー貯蔵電池」の商品化にはまだ長い道のりがありますが、その開発は太陽光発電（PV）と電池の分野での急速な進歩から大きな恩恵を受けるでしょう。その将来の方向性も、最初のアプリケーションから低電力でコンパクトなアプリケーション、そして大規模なエネルギーアプリケーションへと進化します。

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