Fotovoltaik və ya Qüvvəli Element

Tərif

Fotovoltay (FV) elementi, işığın elektrik enerjisine çevrildiği yarıiletken cihazdır. FV elementi tərəfindən yaradılan qəsdər, düşən işığın intensivliyinə bağlıdır. "Fotovoltay" termini, işiq vasitəsilə ("foto") qəsdərin ("voltay") yaratılması imkanına görə istifadə olunur.

Yarıiletken materialarda elektronlar kovalent bağlarla bağlıdır. Elektromaqnit radiasiya, foton adı verilen kiçik enerji parçacıklarından ibarətdir. Fotonlar yarıiletken materiala çarpan zaman, elektronlar enerjiləşir və sızmağa başlayır.

Bu enerjiləşmiş elektronlar fotoelektronlar kimi tanınırlar və elektronların sızmasına fotoelektrik effekt deyilir. Fotovoltay elementinin işləməsi fotoelektrik effekti əsasında yer alır.

Fotovoltay Elementinin Quruluşu

Arsenid, indiyum, kadmium, silisium, selen və gallium kimi yarıiletken materiallardan FV elementləri hazırlanır. Silisium və selen elementlərinin hazırlanması üçün daha çox istifadə olunur.

Aşağıda göstərilən silisium fotovoltay elementinin strukturu nümunə kimi götürülərsə:

• Elementin üst səthi, işığın asanlıqla daxil ola biləcəyi şəkildə p-tip materialdan zəif bir qatdan ibarətdir.

• P-tip və n-tip material etrafına metal həllər yerleştirilir və bu həllər sırasıyla müsbət və mənfi çıxış terminali kimi xidmət edir.

Tək FV elementləri monokristallik və ya polikristallik yarıiletken materiallardan hazırlanır.

Monokristallik elementlər, tək kristal blokdan dilimlənərək hazırlanır, polikristallik elementlər isə bir neçə kristal strukturaya malik materiallardan istehsal olunur.

Tək elementin çıxış qəsdəri və cərəyanı eyni zamanda çox aşağıdır, adətən sırasıyla 0.6V və 0.8A qədərdir. Verimliliyi artırmaq üçün elementlər müxtəlif konfigurasiyalarda birləşdirilir. FV elementlərinin birləşdirilməsi üçün üç əsas metod mövcuddur:

FV Elementlərinin Paralel Birləşdirilməsi

Paralel konfigurasiyada, elementlərin üzərindəki qəsdər dəyişmir, lakin ümumi cərəyan ikiye katlanır (və ya element sayına uyğun orantılı artır). Paralel birləşdirilmiş FV elementlərinin xarakteristik eğrisi aşağıdakı gibidir.

FV Elementlərinin Seriya-Paralel Birləşdirilməsi

Seriya-paralel konfigurasiyada, hem qəsdər, hem də cərəyan orantılı artır. Güneş paneli, genelliklə daha yüksək enerji verimi əldə etmək üçün bu element kombinasiyası ilə inşa edilir.

Güneş modulu, ayrı-ayrı güneş elementlərinin birləşdirilməsi ilə yaradılır. Bir neçə güneş modulunun birləşdirilməsi, güneş paneli adlanır.

FV Elementinin İşləmi

İşığın yarıiletken materiala çarpması halında, o ya keçirilə bilər, ya da çökməlidir. FV elementləri, ideal ileticilər və ya izolyatorlar olmayan yarıiletken materiallardan hazırlanır. Bu xüsusiyyət, onları işıq enerjisini elektrik enerjisine çevirərkən çox verimli edir.

Yarıiletken işığı qəbul etdikdə, onun elektronları sızmağa başlayır. Bu, işığın foton adı verilen kiçik enerji paketlərindən ibarət olması səbəbindən baş verir. Elektronlar fotonları qəbul etdikdə, onlar enerjiləşir və material içində hərəkət etməyə başlayır. Daxili elektrik sahası, bu parçacıkları bir istiqamətə hərəkət etdirməyə məcbur edir, bu da cərəyan yaradır. Yarıiletken üzərindəki metal elektrodlar, cərəyanın dışarı çıxmasını sağlar.

Aşağıdaki şəkil, direksiyonlu yükə qoşulmuş silisium FV elementini göstərir. Element, P-tip və N-tip yarıiletken qatlarından ibarətdir və PN jungsiyasını təşkil edir.

Jungsiya, P-tip və N-tip materialların arasındakı ara yüzeydir. İşığın jungsiya üzərinə düşməsi, elektronların bir bölgədən digər bölgəyə hərəkət etməsinə səbəb olur.
Güneş Elementləri Nə Qadar Güneş Enerji Istismar Məntəqəsində Quraşdırılır?
Maksimum gücü nöqtə izləyicilər (MPPT), inversorlar, şarj idarəedicilər və bataryalar kimi cihazlar, güneş radiasiyasını elektrik qəsdərinə çevirmək üçün istifadə olunur.

Maksimum Güc Nöqtəsi İzleyici (MPPT)

MPPT, günəşin pozisyonunu izləyən xüsusi rəqəmsal idarəedici cihazdır. FV elementlərinin verimliliyi, Dünya fırlanması nəticəsində günde dəyişən işıq intensivliyinə bağlı olduğundan, MPPT-lər panelin orijentasiyasını düzəldər və işıq absorpsiyasını və enerji verimini maksimuma çəkir.

Şarj Idarəedici

Şarj idarəedici, güneş panelindən alınan qəsdəri regulyasiya edir və batarya aşırı şarjlanmasından və qəsdər artımından qoruyur, təhlükəsiz və verimli enerji saxlamasını təmin edir.

Inversor

Inversor, panelin tərəfindən yaradılan dozu cərəyanı (DC) standart cihazlara lazımlı olan meshəl cərəyanı (AC)-a çevirir.