Fotovoltaiese of Sonseel

Definisie

'n Fotovoltaiese (PV) sel is 'n halfgeleiderapparaat wat lig omset na elektriese energie. Die spanning wat deur die PV-sel opgewek word, hang af van die intensiteit van die insidende lig. Die term "fotovoltaies" kom van sy vermoë om spanning ("voltaïes") deur middel van lig ("foto") te genereer.

In halfgeleidermateriale is elektrone gebonde deur koölatiewe bindinge. Elektromagnetiese straling bestaan uit klein energiedraers genaamd fotonne. Wanneer fotonne die halfgeleidermateriaal tref, word elektrone geenergiseer en begin hulle emitteer.

Hierdie geenergiseerde elektrone staan bekend as foto-elektrone, en die verskynsel van elektron-emittering word die foto-elektriese effek genoem. Die werking van 'n fotovoltaiese sel is afhanklik van die foto-elektriese effek.

Konstruksie van Fotovoltaiese Sel

Halfgeleidermateriale soos arseenide, indium, kadmium, silikon, seleen en galium word gebruik om PV-selle te maak. Silikon en seleen word hoofsaaklik gebruik vir die konstruksie van selle.

Neem die struktuur van 'n silikon fotovoltaiese sel hieronder as voorbeeld:

• Die bo-oppervlak van die sel is gemaak van 'n dun laag p-tipe materiaal sodat lig maklik in die materiaal kan intree.

• Metaalringe word rondom die p-tipe en n-tipe materiale geplaas, wat onderskeidelik as hul positiewe en negatiewe uitgangsterminals dien.

Enkel PV-selle word gemaak van of monokristallien of polikristallien halfgeleidermateriale.

Monokristalliene selle word gesny vanaf 'n enkele kristalklomp, terwyl polikristalliene selle vervaardig word uit materiale met meerdere kristalstrukture.

Die uitgangsspanning en -stroom van 'n enkele sel is baie laag, tipies ongeveer 0.6V en 0.8A onderskeidelik. Om doeltreffendheid te verhoog, word selle in verskillende konfigurasies gekombineer. Daar is drie primêre metodes om PV-selle te verbind:

Paralelle Kombinasie van PV-Selle

In 'n paralelle konfigurasie bly die spanning oor die selle onveranderd, terwyl die totale stroom verdubbel (of proporsioneel toeneem met die aantal selle). Die kenmerk-kromme van paralellie-verbonde PV-selle word hieronder getoon.

Reeks-Paralelle Kombinasie van PV-Selle

In 'n reeks-paralelle konfigurasie neem sowel die spanning as die stroom proporsioneel toe. Sonpaneel word tipies met hierdie kombinasie van selle vervaardig om hoër kraguitset te bereik.

'n Sonmoduul word gevorm deur individuele sonselle te verbind. Die samestelling van meerdere sonmoduule word 'n sonpaneel genoem.

Werkings van PV-Sel

Wanneer lig 'n halfgeleidermateriaal raak, kan dit óf deur die materiaal gaan óf terugkaats. PV-selle is gemaak van halfgeleiders – materiale wat nie perfekte geleiers of isolators is nie. Hierdie eienskap maak hulle baie doeltreffend in die omskakeling van ligenergie na elektriese energie.

Wanneer die halfgeleider lig absorbeer, begin sy elektrone emitteer. Dit gebeur omdat lig bestaan uit klein energiepakketjies genaamd fotonne. Wanneer elektrone fotonne absorbeer, word hulle geenergiseer en begin beweeg binne die materiaal. 'n Interne elektriese veld dwing hierdie deeltjies om in een rigting te beweeg, waardoor 'n stroom gegenereer word. Metalliese elektrodes op die halfgeleider laat die stroom vloei.

Die figuur hieronder wys 'n silikon PV-sel wat aan 'n weerstandlast verbind is. Die sel bestaan uit P-tipe en N-tipe halfgeleiderlae wat verbind is om 'n PN-junksie te vorm.

Die junksie is die grens tussen die p-tipe en n-tipe materiale. Wanneer lig op die junksie val, begin elektrone van die een gebied na die ander beweeg.
Hoe word Sonselle in 'n Sonkragplant Ingestel?
Toestelle soos maksimum krag punt volgers (MPPT's), omvangers, laadregelaars en batterye word gebruik om sonstraling om te skakel na elektriese spanning.

Maksimum Krag Punt Volger (MPPT)

'n MPPT is 'n gespesialiseerde digitale regelaar wat die posisie van die son volg. Aangesien die doeltreffendheid van 'n PV-sel afhang van die intensiteit van die sonlig, wat gedurende die dag varieer weens die rotasie van die Aarde, pas MPPT's die oriëntasie van die paneel aan om ligabsorpsie en kraguitset te maksimeer.

Laadregelaar

'n Laadregelaar reguleer die spanning van die sonpaneel en verhoed oorlaai of oorspanning van die batterye, wat veilige en doeltreffende energie-opslag verseker.

Omvanger

'n Omvanger skakel direkte stroom (DC) van die panele om na wisselstroom (AC) vir gebruik met standaard toestelle, wat tipies AC-krag vereis.