ფოტოვოლტაიკური ან სოლარული ელემენტი

განმარტება

ფოტოვოლტაიკური (PV) უჯრა არის სემიქონდუქტორული მოწყობილობა, რომელიც შუქს გარდაქმნის ელექტროენერგიაში. PV უჯრის გამოწვეული დახრილობა დამოკიდებულია შუქის შურის სიმძლავრეზე. "ფოტოვოლტაიკური" ტერმინი წარმოდგენილია მის შესაძლებლობით შუქის ("ფოტო") მეშვეობით დახრილობის ("ვოლტაიკური") შექმნაში.

სემიქონდუქტორულ მასალებში ელექტრონები შეერთებულია კოვალენტური ბანდებით. ელექტრომაგნიტური სირადიები შედგება პატარა ენერგიის ნაწილაკების, ფოტონების, შემთხვევაში. როდესაც ფოტონები დახვეჭენ სემიქონდუქტორულ მასალას, ელექტრონები ენერგიით ჩაიტვირთება და იწყებენ გამოსხივებას.

ეს ენერგიით ჩატვირთებული ელექტრონები ცნობილია როგორც ფოტოელექტრონები, ხოლო ელექტრონების გამოსხივების ფენომენი ნახსენებია ფოტოელექტრიული ეფექტით. ფოტოვოლტაიკური უჯრის მუშაობა დაფუძნებულია ფოტოელექტრიულ ეფექტზე.

ფოტოვოლტაიკური უჯრის კონსტრუქცია

PV უჯრების დამზადებაში გამოიყენება სემიქონდუქტორული მასალები, როგორიცაა არსენიდი, ინდიუმი, კადმიუმი, სილიკონი, სელენი და გალიუმი. სილიკონი და სელენი ძირითადად გამოიყენება უჯრების დამზადებაში.

შესაბამისად, სილიკონის ფოტოვოლტაიკური უჯრის სტრუქტურა შემდეგია:

• უჯრის ზედა ზედაპირი შედგება სიმცირეში რთული მასალის შრიფტიდან, რათა შუქი დაესხოს მასალაში.

• მეტალური რგობები დასათვალიერებლად არის დათვლილი რთული და ნეგატიური მასალების გარშემო, რომლებიც შესაბამისად მუშაობენ დადებით და უარყოფით გამომიტანის ტერმინალებად.

ერთეული ფოტოვოლტაიკური უჯრები შეიძლება დამზადდეს მონოკრისტალური ან პოლიკრისტალური სემიქონდუქტორული მასალებისგან.

მონოკრისტალური უჯრები დაჭრილია ერთი კრისტალის ინგოტიდან, ხოლო პოლიკრისტალური უჯრები დამზადებულია მრავალი კრისტალური სტრუქტურის მასალებისგან.

ერთეულ უჯრის გამომიტანის დახრილობა და მიმართულება შესაბამისად დაბალია, ჩვეულებრივ დაახლოებით 0.6V და 0.8A. ეფექტურობის ზრდისთვის უჯრები კომბინირებულია სხვადასხვა კონფიგურაციებში. არსებობს სამი ძირითადი მეთოდი PV უჯრების დაკავშირებისთვის:

PV უჯრების პარალელური კომბინაცია

პარალელურ კონფიგურაციაში უჯრების დახრილობა არ იცვლება, ხოლო სრული მიმართულება ხდის ხერხდება (ან ზრდა პროპორციული უჯრების რაოდენობას). პარალელურად დაკავშირებული PV უჯრების ხარატერისტიკული მრუდი ნახსენებია ქვემოთ.

PV უჯრების სერიულ-პარალელური კომბინაცია

სერიულ-პარალელურ კონფიგურაციაში დახრილობა და მიმართულება ზრდის პროპორციულად. სოლარული პანელები ჩვეულებრივ არიან დამზადებული ამ უჯრების კომბინაციით უფრო მაღალი ძალის გამომიტანის მისაღებად.

სოლარული მოდული შეიძლება შექმნილი იყოს ინდივიდუალური სოლარული უჯრების დაკავშირებით. მრავალი სოლარული მოდულის ასამბელი ცნობილია როგორც სოლარული პანელი.

PV უჯრის მუშაობა

როდესაც შუქი დახვეჭებს სემიქონდუქტორულ მასალას, ის ან გადადის მას შემდეგ, ან არის რეფლექტირებული. PV უჯრები შედგება სემიქონდუქტორებისგან, რომლებიც არ არიან სრულყოფილი დიაგნები და არც იზოლატორები. ეს თვისება ხდის მათ საშუალებას შუქის ენერგიის ეფექტურად ელექტროენერგიაში გარდაქმნას.

როდესაც სემიქონდუქტორი შუქის შურს აკრძალავს, მისი ელექტრონები იწყებენ გამოსხივებას. ეს ხდება იმიტომ, რომ შუქი შედგება პატარა ენერგიის ნაწილაკების, ფოტონების, შემთხვევაში. როდესაც ელექტრონები ფოტონებს აკრძალავენ, ისინი ენერგიით ჩაიტვირთება და იწყებენ მოძრაობას მასალაში. შინაგან ელექტროსტატიკური ველი ასახავს ამ ნაწილაკებს ერთი მიმართულებით, შექმნის დენს. მეტალური ელექტროდები სემიქონდუქტორზე საშუალებას აძლევს დენის გამოსხივებას.

ჯუნქცია არის ინტერფეისი რთული და ნეგატიური მასალებს შორის. როდესაც შუქი დახვეჭებს ჯუნქციას, ელექტრონები იწყებენ მოძრაობას ერთი რეგიონიდან მეორეში.
როგორ ინსტალირებენ სოლარული უჯრები სოლარულ ენერგიის სადგურში?
მაქსიმალური ძალის პუნქტის ტრეიკერები (MPPTs), ინვერტორები, დენის რეგულატორები და ბატარეები გამოიყენება სოლარული რადიაციის ელექტროდენის გარდაქმნაში.

მაქსიმალური ძალის პუნქტის ტრეიკერი (MPPT)

MPPT არის სპეციალიზებული ციფრული რეგულატორი, რომელიც ტრეკავს მზის პოზიციას. რადგან PV უჯრის ეფექტურობა დამოკიდებულია შუქის ინტენსივობაზე, რომელიც იცვლება დღის განმავლობაში დედამიწის როტაციის გამო, MPPTs ადასტატებენ პანელის ორიენტაციას შუქის აბსორბირების და ძალის გამომიტანის მაქსიმიზაციისთვის.

დენის რეგულატორი

დენის რეგულატორი რეგულირებს სოლარული პანელის დახრილობას და არ საშუალებას აძლევს ბატარეის ზემორჩილებას ან ზედმეტ დახრილობას, რაც უზრუნველყოფს უსაფრთხო და ეფექტურ ენერგიის შენახვას.

ინვერტორი

ინვერტორი გარდაქმნის პანელებიდან მიღებულ დირექტულ დენს (DC) ალტერნატიულ დენად (AC), რომელიც საჭიროა სტანდარტული მოწყობილობებისთვის, რომლებიც არჩევენ AC დენს.