De vigtigste principper og fordele ved fotovoltaisk elproduktion

Fotovoltaisk strømproduktion er en teknologi, der direkte omdanner lysenergi til elektricitet ved hjælp af den fotovoltaiske effekt ved halvledergrænsefladen. Den består hovedsageligt af tre dele: solpaneler, controllere og invertere. Hovedkomponenterne er elektroniske komponenter. Efter at solcellerne er forbundet i serie, kan de pakkes og beskyttes til at danne solcellemoduler med store areal, som derefter kan kombineres med strømstyringer og andre komponenter for at danne fotovoltaiske strømgenereringsenheder.

Hovedprincippet i fotovoltaisk energiproduktion er den fotoelektriske effekt af halvledere. Når fotoner bestråler et metal, kan deres energi absorberes fuldstændigt af elektronerne i metallet. Energien absorberet af elektroner er stor nok til at overvinde Coulomb-kraften inde i metalatomer til at udføre arbejde og undslippe fra metaloverfladen for at blive fotoelektroner. Siliciumatomer har fire ydre elektroner. Hvis rent silicium er dopet med atomer med fem ydre elektroner, såsom fosforatomer, bliver det en N-type halvleder. Hvis rent silicium er dopet med atomer med tre eksterne elektroner, såsom boratomer, danner det en halvleder af P-typen. Når P-type og N-type kombineres, vil kontaktfladen danne en potentialforskel og blive til en solcelle. Når sollys skinner på pn-krydset, flyder strømmen fra P-type-siden til N-type-siden og danner en strøm.

Den fotoelektriske effekt er et vigtigt og magisk fænomen i fysikken. Under bestråling af elektromagnetiske bølger over en bestemt frekvens (kendt som grænsefrekvensen), absorberer elektroner i visse stoffer energi og undslipper for at danne en elektrisk strøm, kendt som fotoelektrisk. Det skematiske diagram over fotovoltaisk energiproduktion viser, at polykrystallinsk silicium forarbejdes til siliciumwafers gennem processer som ingot-støbning, ingot-brydning og udskæring. Doping og diffusion af spormængder af bor, fosfor osv. Der vil blive dannet en pn-forbindelse på siliciumwaferen. Derefter trykkes den fint præparerede sølvpasta på siliciumwaferen ved hjælp af serigrafi for at danne gitterlinjer. Efter sintring er den også lavet til en bagelektrode, og en antireflekterende belægning er belagt på overfladen med gitterlinjer for at lave battericeller. Batteriet er arrangeret og kombineret til at danne et batterimodul, der danner et stort printkort. Typisk er komponenterne omgivet af en aluminiumsramme, med glasbeklædning på forsiden og elektroder på bagsiden. Med batterikomponenter og andet hjælpeudstyr kan der dannes et strømgenereringssystem. For at konvertere jævnstrøm til vekselstrøm er det nødvendigt at installere en inverter. Efter elproduktion kan den opbevares i batterier eller indsættes i det offentlige elnet. I omkostningerne til elproduktionssystemer tegner batterikomponenter sig for ca. 50 %, mens strømomformere, installationsomkostninger, andre hjælpekomponenter og andre omkostninger udgør yderligere 50 %.