Pagrindiniai fotovoltinės energijos gamybos principai ir privalumai

Fotovoltinės energijos generavimas yra technologija, kuri tiesiogiai paverčia šviesos energiją į elektros energiją, naudojant fotovoltinį efektą puslaidininkio sąsajoje. Jį daugiausia sudaro trys dalys: saulės kolektoriai, valdikliai ir keitikliai. Pagrindiniai komponentai yra elektroniniai komponentai. Kai saulės elementai yra sujungti nuosekliai, jie gali būti supakuoti ir apsaugoti, kad būtų suformuoti didelio ploto saulės elementų moduliai, kurie vėliau gali būti derinami su galios valdikliais ir kitais komponentais, kad būtų suformuoti fotovoltinės energijos generavimo įrenginiai.

Pagrindinis fotovoltinės energijos gamybos principas yra puslaidininkių fotoelektrinis efektas. Kai fotonai apšvitina metalą, jų energiją gali visiškai sugerti metale esantys elektronai. Elektronų sugeriama energija yra pakankamai didelė, kad įveiktų Kulono jėgą metalo atomų viduje, kad galėtų atlikti darbą, ir pabėgti nuo metalo paviršiaus, kad taptų fotoelektronais. Silicio atomai turi keturis išorinius elektronus. Jei grynas silicis yra legiruotas atomais su penkiais išoriniais elektronais, pavyzdžiui, fosforo atomais, jis tampa N tipo puslaidininkiu. Jei grynas silicis yra legiruotas atomais su trimis išoriniais elektronais, pavyzdžiui, boro atomais, jis sudaro P tipo puslaidininkį. Sujungus P ir N tipą, kontaktinis paviršius sudarys potencialų skirtumą ir taps saulės elementu. Kai saulės šviesa šviečia pn sandūroje, srovė teka iš P tipo į N tipo pusę, sudarydama srovę.

Fotoelektrinis efektas yra svarbus ir magiškas fizikos reiškinys. Švitinant elektromagnetines bangas, viršijančias tam tikrą dažnį (vadinamą ribiniu dažniu), tam tikrų medžiagų elektronai sugeria energiją ir išbėga sudarydami elektros srovę, vadinamą fotoelektrine. Scheminė fotovoltinės energijos gamybos diagrama rodo, kad polikristalinis silicis yra perdirbamas į silicio plokšteles tokiais procesais kaip liejimas, luitų laužymas ir pjaustymas. Boro, fosforo ir tt pėdsakų dopingas ir difuzija. Ant silicio plokštelės susidarys pn sandūra. Tada šilkografijos būdu smulkiai paruošta sidabro pasta atspausdinama ant silicio plokštelės, kad susidarytų tinklelio linijos. Po sukepinimo iš jo taip pat gaminamas galinis elektrodas, o ant paviršiaus padengiama antirefleksine danga tinklelio linijomis, kad būtų pagaminti akumuliatoriaus elementai. Baterija yra išdėstyta ir sujungta į akumuliatoriaus modulį, kuris sudaro didelę plokštę. Paprastai komponentai yra apsupti aliuminio rėmu, priekyje yra stiklo danga, o gale - elektrodai. Naudojant akumuliatoriaus komponentus ir kitą pagalbinę įrangą, galima suformuoti energijos gamybos sistemą. Norint paversti nuolatinę srovę į kintamąją, būtina įrengti keitiklį. Po elektros energijos gamybos jis gali būti laikomas baterijose arba įvestas į viešąjį elektros tinklą. Energijos gamybos sistemų savikainoje baterijų komponentai sudaro apie 50 proc., o srovės keitikliai, montavimo išlaidos, kiti pagalbiniai komponentai ir kitos išlaidos – dar 50 proc.