Aurinkokelio tai aurinkopaneeli
Määritelmä
Valosähköinen (PV) solu on semijohtimelaite, joka muuttaa valoa sähköenergiaksi. PV-solun aiheuttama jännite riippuu tapahtuvan valon intensiteetistä. Termi "valosähköinen" tulee sen kyvystä tuottaa jännitettä ("sähköistä") valon ("photo") kautta.
Semijohtimateriaaleissa elektronit ovat sidoksissa kovalenttisiin siteisiin. Sähkömagneettinen säteily koostuu pienistä energiapaketeista, joita kutsutaan foteineiksi. Kun fotot osuvat semijohtimateriaaliin, elektronit aktivisoituvat ja alkavat liikkua.
Nämä aktivoidut elektronit tunnetaan nimellä fotoelektronit, ja elektronien päästöilmiö kutsutaan valokemialiseksi vaikutukseksi. Valosähköisen solun toiminta perustuu valokemialiseen vaikutukseen.
Valosähköisen solun rakenne
PV-soluja valmistetaan käyttäen semijohtimateriaaleja, kuten arseenia, indiumia, kadmiinia, silikonia, selenia ja galliumia. Silikonin ja selenin käytetään eniten sellujen rakentamiseen.
Käytetään esimerkkinä alla olevaa silikonivalosähköisen solun rakennetta:
Yksittäiset PV-solut valmistetaan joko monokristallisisesta tai polukristallisisesta semijohtimateriaalista.
Monokristalliset solut leikataan yhdestä kristallipihasta, kun taas polukristalliset solut tuotetaan useammasta kristallirakenteesta koostuvista materiaaleista.
Yhden solun ulostulovoltti ja -ampere ovat hyvin alhaiset, noin 0.6V ja 0.8A. Tehon parantamiseksi solut yhdistetään eri asetteluihin. On kolme pääasiallista tapaa yhdistää PV-soluja:
PV-solujen rinnakkaistyö
Rinnakkaistaselissä solujen jännite pysyy muuttumattomana, kun taas kokonaismääräinen virta kaksinkertaistuu (tai kasvaa suhteessa solujen määrään). Rinnakkaistyössä olevien PV-solujen ominaisuuskäyrä näkyy alla.
PV-solujen sarja-rinnakkaistyö
Sarja-rinnakkaistaselissä sekä jännite että virta kasvavat suhteessa. Aurinkopaneelit rakennetaan yleensä tämän työn avulla saadakseen korkeamman tehon.
Aurinkomoduuli luodaan yhdistämällä yksittäisiä aurinkosoluja. Useiden aurinkomoduulien yhdistelmä kutsutaan aurinkopaneeliksi.
PV-solun toiminta
Kun valo osuu semijohtimateriaaliin, se voi joko kulkea läpi tai heijastua. PV-solut on tehty semijohtimateriaaleista, jotka eivät ole täydellisiä johtimia eivätkä eristäjiä. Tämä ominaisuus tekee niistä erittäin tehokkaita valoenergian muuntamisessa sähköenergiaksi.
Kun semijohtija absorboi valoa, sen elektronit alkavat liikkua. Tämä tapahtuu, koska valo koostuu pienten energiapaketteista, joita kutsutaan foteineiksi. Kun elektronit absorboivat foteja, ne aktivisoituvat ja alkavat liikkua materiaalin sisällä. Sisäinen sähkökenttä pakottaa nämä osaset liikkumaan yhdessä suunnassa, mikä luo virtauksen. Metalliset elektrodit semijohtimateriaalissa mahdollistavat virran virtaamisen ulos.
Alla oleva kuva havainnollistaa silikonivalosähköistä solua, joka on yhdistetty vastuslataan. Solu koostuu P-tyypin ja N-tyypin semijohtimateriaaleista, jotka on yhdistetty muodostaakseen PN-liitoksen.
Liitos on rajapinta p-tyypin ja n-tyypin materiaalien välillä. Kun valo osuu liittoon, elektronit alkavat liikkua yhdestä alueesta toiseen.
Miten aurinkosolut asennetaan aurinkovoiman laitoksessa?
Laitteita, kuten maksimienergian pisteseuraajat (MPPT), inverterit, laturanohjaimet ja akut, käytetään aurinkosäteilyn muuntamiseen sähköjännitteeksi.
Maksimienergian pisteseuraaja (MPPT)
MPPT on erikoistunut digitaalinen ohjain, joka seuraa auringon sijaintia. Koska PV-solun tehokkuus riippuu päivävalon intensiteetistä, joka vaihtelee päivän aikana maapallon pyörimisen vuoksi, MPPT:t sopeuttavat paneelin suuntaa maksimoimaan valon absorptiota ja tehoa.
Laturanohjain
Laturanohjain säätelee aurinkopaneelin jännitettä ja estää akun ylikuormittumisen tai ylijännitteen, varmistamalla turvallisen ja tehokkaan energiansäilönnän.
Inverteri
Inverteri muuttaa paneelien suoraviivaisen virtauksen (DC) vaihtovirtaukseksi (AC) tavallisten laitteiden käytettäväksi, jotka yleensä tarvitsevat vaihtovirtaa.
