اصول و مزایای اصلی تولید برق فتوولتائیک

تولید برق فتوولتائیک فناوری است که مستقیماً انرژی نور را با استفاده از اثر فتوولتائیک در رابط نیمه هادی به الکتریسیته تبدیل می کند. عمدتاً از سه بخش تشکیل شده است: پانل های خورشیدی، کنترلرها و اینورترها. اجزای اصلی قطعات الکترونیکی هستند. پس از اینکه سلول‌های خورشیدی به صورت سری متصل شدند، می‌توان آنها را بسته‌بندی و محافظت کرد تا ماژول‌های سلول خورشیدی با مساحت بزرگ را تشکیل دهند، که سپس می‌توانند با کنترل‌کننده‌های برق و سایر اجزا ترکیب شوند تا دستگاه‌های تولید برق فتوولتائیک را تشکیل دهند.

اصل اصلی تولید برق فتوولتائیک، اثر فوتوالکتریک نیمه هادی ها است. هنگامی که فوتون ها به فلزی تابش می کنند، انرژی آنها می تواند به طور کامل توسط الکترون های فلز جذب شود. انرژی جذب شده توسط الکترون ها به اندازه ای بزرگ است که بر نیروی کولن درون اتم های فلز برای انجام کار غلبه کند و از سطح فلز فرار کند و به فوتوالکترون تبدیل شود. اتم های سیلیکون دارای چهار الکترون بیرونی هستند. اگر سیلیکون خالص با اتم هایی با پنج الکترون بیرونی مانند اتم های فسفر دوپ شود، تبدیل به نیمه هادی نوع N می شود. اگر سیلیکون خالص با اتم هایی با سه الکترون خارجی مانند اتم بور دوپ شود، یک نیمه هادی نوع P تشکیل می دهد. هنگامی که نوع P و نوع N با هم ترکیب می شوند، سطح تماس یک اختلاف پتانسیل ایجاد می کند و به یک سلول خورشیدی تبدیل می شود. هنگامی که نور خورشید به محل اتصال pn می تابد، جریان از سمت نوع P به سمت نوع N می گذرد و جریانی را تشکیل می دهد.

اثر فوتوالکتریک یک پدیده مهم و جادویی در فیزیک است. تحت تابش امواج الکترومغناطیسی بالاتر از فرکانس معین (معروف به فرکانس حدی)، الکترون‌های موجود در مواد خاصی انرژی را جذب کرده و از آن فرار می‌کنند تا جریان الکتریکی ایجاد کنند که به آن فوتوالکتریک می‌گویند. نمودار شماتیک تولید برق فتوولتائیک نشان می دهد که سیلیکون پلی کریستالی از طریق فرآیندهایی مانند ریخته گری شمش، شکستن شمش و برش به ویفرهای سیلیکونی تبدیل می شود. دوپینگ و انتشار مقادیر کمی از بور، فسفر و غیره. یک اتصال pn روی ویفر سیلیکونی تشکیل می شود. سپس از طریق چاپ روی صفحه، خمیر نقره ریز تهیه شده بر روی ویفر سیلیکونی چاپ می شود تا خطوط شبکه ای تشکیل شود. پس از پخت، آن را به یک الکترود عقب نیز تبدیل می کنند و یک پوشش ضد انعکاس روی سطح با خطوط شبکه پوشانده می شود تا سلول های باتری را بسازد. باتری مرتب شده و ترکیب شده و یک ماژول باتری را تشکیل می دهد و یک برد مدار بزرگ را تشکیل می دهد. به طور معمول، اجزا با یک قاب آلومینیومی احاطه شده اند، با پوشش شیشه ای در جلو و الکترودها در پشت. با اجزای باتری و سایر تجهیزات کمکی می توان یک سیستم تولید برق تشکیل داد. برای تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب، نصب اینورتر ضروری است. پس از تولید برق، می توان آن را در باتری ها یا ورودی به شبکه برق عمومی ذخیره کرد. در هزینه سیستم های تولید برق، اجزای باتری تقریباً 50٪ را تشکیل می دهند، در حالی که مبدل های فعلی، هزینه های نصب، سایر اجزای کمکی و سایر هزینه ها 50٪ اضافی را تشکیل می دهند.