Fotocellere eller solceller
Definition
En fotocell (PV-celle) er en halvleder, der konverterer lys til elektrisk energi. Spændingen, som PV-cellen inducerer, afhænger af den indgående lysintensitet. Begriffet "fotovoltaisk" stammer fra dets evne til at generere spænding ("voltaisk") gennem lys ("foto").
I halvledermaterialer er elektroner bundet ved kovalente bindinger. Elektromagnetisk stråling består af små energipartikler kaldet fotoner. Når fotoner rammer halvledermaterialet, bliver elektroner energiserede og begynder at udsende.
Disse energiserede elektroner kaldes fotoelektroner, og fænomenet med elektronudsendelse kaldes fotoelektrisk effekt. Funktionsmåden for en fotovoltaisk celle er baseret på fotoelektrisk effekt.
Konstruktion af Fotovoltaisk Celle
Halvledermaterialer som arseenid, indium, cadmium, silicium, selen og gallium bruges til at lave PV-cellier. Silicium og selen anvendes mest ofte til konstruktionen af cellerne.
Tag strukturen af en silicium-fotovoltaisk celle som eksempel:
Enkelte PV-cellier er lavet af enten monokristallinsk eller polycrystallinsk halvledermateriale.
Monokristallinske celler er skåret fra en enkelt kristalbar, mens polycrystallinske celler er produceret af materialer med flere kristalstrukturer.
Udgangs-spændingen og -strømmen for en enkelt celle er ret lav, typisk omkring 0,6V og 0,8A henholdsvis. For at forbedre effektiviteten kombineres celler i forskellige konfigurationer. Der findes tre primære metoder til at forbinde PV-cellier:
Parallel Sammensætning af PV-Celler
I en parallel konfiguration forbliver spændingen over cellerne uændret, mens den samlede strøm fordobles (eller øges proportionalt med antallet af celler). Karakteristikkurven for parallel-forbundne PV-cellier vises nedenfor.
Serie-Parallel Sammensætning af PV-Celler
I en serie-parallell konfiguration øges både spændingen og strømmen proportionalt. Solpaneler er typisk konstrueret ved hjælp af denne kombination af celler for at opnå højere effektudbytte.
Et solmodul oprettes ved at forbinde individuelle solceller. Sammensætningen af flere solmoduler kaldes et solpanel.
Funktionsmåde for PV-Celle
Når lys rammer et halvledermateriale, kan det enten passere igennem eller blive reflekteret. PV-cellier er lavet af halvledere – materialer, der hverken er perfekte ledere eller isolatorer. Denne egenskab gør dem meget effektive i at konvertere lysenergi til elektrisk energi.
Når halvlederen absorberer lys, begynder dens elektroner at udsende. Dette sker, fordi lys består af små energipakker kaldet fotoner. Når elektroner absorberer fotoner, bliver de energiserede og begynder at bevæge sig inden i materialet. En intern elektrisk felt tvinger disse partikler til at bevæge sig i en retning, hvilket genererer en strøm. Metalliske elektroder på halvlederen tillader, at strømmen kan flyde ud.
Figuren nedenfor viser en silicium PV-celle forbundet til en resistiv last. Cellen består af P-type og N-type halvlederlag, der er forbundet for at danne en PN-junction.
Junctionen er grænsen mellem p-type og n-type materialer. Når lys falder på junctionen, begynder elektroner at bevæge sig fra den ene region til den anden.
Hvordan Installeres Solceller i en Solcelleanlæg?
Enheder som maksimum effektpunkts-tracker (MPPT), invertere, ladningskontroller og batterier bruges til at konvertere solstråling til elektrisk spænding.
Maksimum Effektpunkts-Tracker (MPPT)
En MPPT er en specialiseret digital kontrolenhed, der følger solens position. Da effektiviteten af PV-cellier afhænger af lysintensiteten, som varierer over dagen på grund af jordens rotation, justerer MPPT panelernes orientering for at maksimere lysabsorption og effektudbytte.
Ladningskontroller
En ladningskontroller regulerer spændingen fra solpanelerne og forhindrer overladning eller overspænding af batterier, hvilket sikrer sikker og effektiv energilagring.
Inverter
En inverter konverterer direkte strøm (DC) fra panelerne til vekslende strøm (AC) til brug med standardapparater, som typisk kræver AC-strøm.
