Οι κύριες αρχές και τα πλεονεκτήματα της φωτοβολταϊκής παραγωγής ενέργειας

Η παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας είναι μια τεχνολογία που μετατρέπει απευθείας την φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική χρησιμοποιώντας το φωτοβολταϊκό φαινόμενο στη διεπαφή ημιαγωγών. Αποτελείται κυρίως από τρία μέρη: ηλιακούς συλλέκτες, ελεγκτές και μετατροπείς. Τα κύρια εξαρτήματα είναι ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Αφού συνδεθούν σε σειρά οι ηλιακές κυψέλες, μπορούν να συσκευαστούν και να προστατευτούν για να σχηματίσουν μονάδες ηλιακών κυψελών μεγάλης περιοχής, οι οποίες στη συνέχεια μπορούν να συνδυαστούν με ελεγκτές ισχύος και άλλα εξαρτήματα για να σχηματίσουν συσκευές παραγωγής φωτοβολταϊκών ενέργειας.

Η κύρια αρχή της παραγωγής ενέργειας από φωτοβολταϊκά είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο των ημιαγωγών. Όταν τα φωτόνια ακτινοβολούν ένα μέταλλο, η ενέργειά τους μπορεί να απορροφηθεί πλήρως από τα ηλεκτρόνια του μετάλλου. Η ενέργεια που απορροφάται από τα ηλεκτρόνια είναι αρκετά μεγάλη ώστε να υπερνικήσει τη δύναμη Coulomb μέσα στα μεταλλικά άτομα για να εκτελέσει εργασία και να διαφύγει από την επιφάνεια του μετάλλου για να γίνει φωτοηλεκτρόνια. Τα άτομα πυριτίου έχουν τέσσερα εξωτερικά ηλεκτρόνια. Εάν το καθαρό πυρίτιο είναι ντοπαρισμένο με άτομα με πέντε εξωτερικά ηλεκτρόνια, όπως άτομα φωσφόρου, γίνεται ημιαγωγός τύπου Ν. Εάν το καθαρό πυρίτιο είναι ντοπαρισμένο με άτομα με τρία εξωτερικά ηλεκτρόνια, όπως άτομα βορίου, σχηματίζει έναν ημιαγωγό τύπου Ρ. Όταν ο τύπος P και ο τύπος Ν συνδυάζονται μαζί, η επιφάνεια επαφής θα σχηματίσει μια διαφορά δυναμικού, μετατρέποντας σε ηλιακή κυψέλη. Όταν το ηλιακό φως λάμπει στη διασταύρωση pn, το ρεύμα ρέει από την πλευρά τύπου P στην πλευρά τύπου N, σχηματίζοντας ένα ρεύμα.

Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι ένα σημαντικό και μαγικό φαινόμενο στη φυσική. Κάτω από την ακτινοβολία ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων πάνω από μια συγκεκριμένη συχνότητα (γνωστή ως οριακή συχνότητα), τα ηλεκτρόνια σε ορισμένες ουσίες απορροφούν ενέργεια και διαφεύγουν για να σχηματίσουν ένα ηλεκτρικό ρεύμα, γνωστό ως φωτοηλεκτρικό. Το σχηματικό διάγραμμα παραγωγής ενέργειας από φωτοβολταϊκά δείχνει ότι το πολυκρυσταλλικό πυρίτιο υποβάλλεται σε επεξεργασία σε γκοφρέτες πυριτίου μέσω διεργασιών όπως η χύτευση πλινθωμάτων, η θραύση ράβδων και ο τεμαχισμός. Ντόπινγκ και διάχυση ιχνοποσοτήτων βορίου, φωσφόρου κ.λπ. Θα σχηματιστεί μια σύνδεση pn στη γκοφρέτα πυριτίου. Στη συνέχεια, μέσω της μεταξοτυπίας, η λεπτώς παρασκευασμένη ασημένια πάστα τυπώνεται στη γκοφρέτα σιλικόνης για να σχηματιστούν γραμμές πλέγματος. Μετά την πυροσυσσωμάτωση, κατασκευάζεται επίσης σε ένα πίσω ηλεκτρόδιο και μια αντιανακλαστική επίστρωση επικαλύπτεται στην επιφάνεια με γραμμές πλέγματος για την κατασκευή στοιχείων μπαταρίας. Η μπαταρία είναι τοποθετημένη και συνδυάζεται για να σχηματίσει μια μονάδα μπαταρίας, σχηματίζοντας μια μεγάλη πλακέτα κυκλώματος. Συνήθως, τα εξαρτήματα περιβάλλονται από πλαίσιο αλουμινίου, με γυάλινο κάλυμμα στο μπροστινό μέρος και ηλεκτρόδια στο πίσω μέρος. Με εξαρτήματα μπαταρίας και άλλο βοηθητικό εξοπλισμό, μπορεί να δημιουργηθεί ένα σύστημα παραγωγής ενέργειας. Για να μετατρέψετε το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο, είναι απαραίτητο να εγκαταστήσετε έναν μετατροπέα. Μετά την παραγωγή ενέργειας, μπορεί να αποθηκευτεί σε μπαταρίες ή να εισαχθεί στο δημόσιο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Στο κόστος των συστημάτων παραγωγής ενέργειας, τα εξαρτήματα των μπαταριών αντιπροσωπεύουν περίπου το 50%, ενώ οι μετατροπείς ρεύματος, το κόστος εγκατάστασης, άλλα βοηθητικά εξαρτήματα και άλλα κόστη αντιπροσωπεύουν ένα επιπλέον 50%.