Ֆոտովոլտային կամ հեռավոր էլեկտրական բջիջ

Սահմանում

Ֆոտովոլթային (PV) կлетка է սեմիկոնդուկտորային սարք, որը լույսը փոխակերպում է էլեկտրական էներգիայի: PV կлетկի ծագած լարումը կախված է համընկնող լույսի ինտենսիվությունից: "Ֆոտովոլթային" տերմինը ծագում է նրա հնարավորությունից ստեղծել լարում ("վոլթային") լույսի ("ֆոտո") միջոցով:

Սեմիկոնդուկտորային նյութերում էլեկտրոնները կապված են կովալենտային կապերով: Էլեկտրոմագնիսական ճառագայթումը բաղկացած է փոքր էներգիայի մասնիկներից, որոնք կոչվում են ֆոտոններ: Երբ ֆոտոնները հարվածում են սեմիկոնդուկտորային նյութը, էլեկտրոնները էներգետիկ դառնում են և սկսում են էմիտալ:

Այս էներգետիկ էլեկտրոնները հայտնի են որպես ֆոտոէլեկտրոններ, և էլեկտրոնների էմիսիայի երևույթը կոչվում է ֆոտոէլեկտրիկ էֆեկտ: Ֆոտովոլթային կլետի աշխատանքը հիմնված է ֆոտոէլեկտրիկ էֆեկտի վրա:

Ֆոտովոլթային կլետի կառուցվածքը

PV կլետները ենթակա սեմիկոնդուկտորային նյութերից, ինչպիսիք են արսենիդը, ինդիումը, կադմիումը, սիլիկոնը, սելենիումը և գալիումը: Սիլիկոնը և սելենիումը գլխավորապես օգտագործվում են կլետների կառուցման համար:

Ներկայացնենք սիլիկոն ֆոտովոլթային կլետի կառուցվածքը օրինակով:

• Կլետի վերին մակերեսը կազմված է բարձրակարգ նյութի բարակ շերտից, որպեսզի լույսը հեշտությամբ մտնի նյութի մեջ:

• Մետալային օղակներ դրված են բարձրակարգ և ցածրակարգ նյութերի շուրջ, որոնք համապատասխանաբար գործում են դրական և բացասական ելքային կողմոների որպես:

Միայն մի կլետները կառուցվում են մոնոկրիստալային կամ պոլիկրիստալային սեմիկոնդուկտորային նյութերից:

Մոնոկրիստալային կլետները կտրվում են միակ կրիստալային սարքից, իսկ պոլիկրիստալային կլետները պատրաստվում են բազմաթիվ կրիստալային կառուցվածքներով նյութերից:

Միայն մի կլետի ելքային լարումը և հոսանքը բավականին ցածր են, սովորաբար համապատասխանաբար 0.6V և 0.8A: Արդյունավետությունը բարձրացնելու համար կլետները կombined են տարբեր կonfigurations-ով: Գոյություն ունեն երեք հիմնական մեթոդներ PV կլետների միացման համար:

PV կլետների զուգահեռ կombination

Զուգահեռ կonfiguration-ում կլետների վրա լարումը անփոփոխ մնում է, իսկ ընդհանուր հոսանքը կրկնապատկվում է (կամ համամասնորեն ավելանում կլետների քանակի հետ): Զուգահեռ միացված PV կլետների բնութագրական կորը ցուցադրված է ներքևում:

PV կլետների հաջորդական-զուգահեռ կombination

Հաջորդական-զուգահեռ կonfiguration-ում և լարումը, և հոսանքը համամասնորեն ավելանում են: Սոլար փանելները սովորաբար կառուցվում են այս կլետների կombination-ով, որպեսզի ստացվի բարձր էներգիայի ելք:

Սոլար մոդուլը ստեղծվում է առանձին սոլար կլետների միացմամբ: Մի քանի սոլար մոդուլների ժամանակակից անվանում է սոլար փանել:

PV կլետի աշխատանքը

Երբ լույսը հարվածում է սեմիկոնդուկտորային նյութը, այն կարող է կամ անցնել կամ հանգրվել: PV կլետները կառուցված են սեմիկոնդուկտորներից, որոնք ոչ թե կատարյալ կոնդուկտորներ են, ոչ էլ իզոլատորներ: Այս հատկությունը դրանք բավականին էֆեկտիվ դարձնում է լույսի էներգիայի փոխակերպման էլեկտրական էներգիայի:

Երբ սեմիկոնդուկտորը լույս ստանում է, դրա էլեկտրոնները սկսում են էմիտալ: Այս տեղի է ունենում, որովհետև լույսը բաղկացած է փոքր էներգիայի փաթեթներից, որոնք կոչվում են ֆոտոններ: Երբ էլեկտրոնները ստանում են ֆոտոններ, դրանք դառնում են էներգետիկ և սկսում են շարժվել նյութի մեջ: Ներքին էլեկտրական դաշտ կոշտում է այս մասնիկների շարժումը մի ուղղությամբ, ստեղծելով հոսանք: Սեմիկոնդուկտորի վրա գտնվող մետալային էլեկտրոդները թույլ են տալիս հոսանքը հոսել դուրս:

Ներկայացված է սիլիկոն PV կլետը, որը միացված է սահմանափակ բեռի հետ: Կլետը բաղկացած է P-տիպի և N-տիպի սեմիկոնդուկտորային շերտերից, որոնք միացված են PN միացման սահման կազմելու համար:

Միացման սահմանը է P-տիպի և N-տիպի նյութերի միջև ինտերֆեյսը: Երբ լույսը հարվածում է միացման սահմանը, էլեկտրոնները սկսում են շարժվել մի շրջանից մյուսը:
Ինչպե՞ս են սոլար կլետները ներկայացվում սոլար էներգիայի կայանում:
Առաջարկվող սարքեր, ինչպիսիք են մաքսիմալ էներգիայի կետի հետևողները (MPPT), ինվերտորները, լարումի կոնտրոլերը և ակումուլատորները, օգտագործվում են սոլար ճառագայթման փոխակերպման էլեկտրական լարումի համար:

Մաքսիմալ էներգիայի կետի հետևող (MPPT)

MPPT-ն է մասնագիտացված դիջիթային կոնտրոլեր, որը հետևում է արեւի դիրքին: Քանի որ PV կլետների էֆեկտիվությունը կախված է արեւային լույսի ինտենսիվությունից, որը փոփոխվում է օրվա ընթացքում Երկրի պտույտի պատճառով, MPPT-ները կարգավորում են փանելի ուղղությունը, որպեսզի մաքսիմալացնեն լույսի կլորացումը և էներգիայի ելքը:

Լարումի կոնտրոլեր

Լարումի կոնտրոլերը կարգավորում են սոլար փանելից ստացված լարումը և կանխում են ակումուլատորի գերլարվումը կամ գերլարումը, պարագայում անվտանգ և էֆեկտիվ էներգիայի պահպանում:

Ինվերտոր

Ինվերտորը փոխակերպում է փանելերից ստացված ուղիղ հոսանքը (DC) ալտերնատիվ հոսանքի (AC) համար, որը համապատասխանում է ստանդարտ սարքերի պահանջներին, որոնք սովորաբար պահանջում են AC հոսանք: