Фотоэлектрикалық же Күн энергиясының элементі

Анықтама

Фотоэлектрлик (PV) элемент - бұл жарықты электр энергиясына айналдыратын полупроводниковий прибор. PV элементінің индуцирленген напряжение жеткізілген жарықтың интенсивтігіне байланысты болады. "Фотоэлектрлик" термині оның жарық ("фото") арқылы напряжение ("электрлик") өндіретін мүмкіндігінен алынған.

Полупроводниковий материалдарда электрондар коваленттік байланыстармен байланысты. Электромагниттік радиация фoton деп аталатын кішкентай энергиялық таңбалардан тұрады. Фотондар полупроводниковий материалға түскенде, электрондар энергияланып, бастап шығуына қалады.

Бул энергияланған электрондар фотоэлектрон деп аталады, ал электрондардың шығуы фотоэлектрдік эффект деп аталады. Фотоэлектрлик элементтің жұмысы фотоэлектрдік эффектке негізделген.

Фотоэлектрлик элементтің құрылымы

Арсенид, индий, кадмий, кремний, селен, галий сыяқты полупроводниковий материалдар PV элементтерді құру үшін қолданылады. Кремний мен селен элементтерді құру үшін ең көп қолданылады.

Төмендегі суретте көрсетілген кремний фотоэлектрлик элементтің құрылымы мысалы:

• Элементтің жоғарғы беті p-түрлі материалдың жеңіл кабында жасалған, осылайша жарық оңай енеді.

• Металл жәрдемінше p-түрлі және n-түрлі материалдар айналысына оң және теріс шығыс терминалдар ретінде қойылады.

Екінші PV элементтер моно- немесе поли-кристаллдық полупроводниковий материалдардан жасалады.

Моно-элементтер бір кристалл інготынан кесілетін, ал поли-элементтер көптеген кристалл құрылымдары бар материалдардан өндірілетін.

Бір элементтің шығыс напряжение және ағымы өте төмен, адатта 0.6V және 0.8A болады. Эффективділікті арттыру үшін элементтер әртүрлі конфигурацияларда біріктіріледі. PV элементтерді байлану үшін үш негізгі әдіс бар:

PV элементтерді параллель түрде байлану

Параллель конфигурацияда элементтердің напряжение өзгеріспей, ал жалпы ағым екі есе (немесе элементтер санына пропорционалды) артық. Параллель байланылған PV элементтердің характеристикалық графигі төменде көрсетілген.

PV элементтерді серия-параллель түрде байлану

Серия-параллель конфигурацияда напряжение және ағым пропорционалды артық. Жарық панелдері адатта бұл элементтердің комбинациясы арқылы жасалады, дегенмен жоғары энергия шығысын ұсыну үшін.

Жарық модуль бір бірімен байланылған жарық элементтерден жасалады. Көптеген жарық модулдердің біріктірілуі жарық панель деп аталады.

PV элементтің жұмысы

Жарық полупроводниковий материалға түскенде, ол өткізілетін немесе басылып қалады. PV элементтер полупроводниковий материалдардан жасалған, бұл материалдар идеалды проводниктер немесе изоляторлар емес. Бұл қасиеттері оларды жарық энергиясын электр энергиясына айналдыруда өте эффективті етеді.

Полупроводниковий материал жарықты абсорбиралатында, оның электрондары шығуына бастайды. Бұл жарық фoton деп аталатын кішкентай энергиялық таңбалардан тұратын себептен болады. Электрондар фтондарды абсорбиралатында, олар энергияланып, материалдың ішінде қозғалыс бастайды. Ички электрлік поле бұл заттарды бір бағытта қозғарады, ағым қалыптасады. Металл электродтары электр өтуіне мүмкіндік береді.

Төмендегі суретте P-түрлі және N-түрлі полупроводниковий слойлардан тұратын кремний PV элементі көрсетілген. PN бұрышын құрастыратын PN бұрышына байланысты.

Бұрыш p-түрлі және n-түрлі материалдардың арасындағы интерфейс. Жарық бұрышқа түскенде, электрондар бір аймақтан екінші аймаққа қозғалады.
Жарық элементтері жарық энергия станциясында қандай түрде орналастырылады?
Ең жоғары энергия нүктесі треккерлері (MPPT), инверторлар, заряд контроллерлері, батареялар сияқты құрылғылар жарық радиациясын электр напряжениеға айналдыру үшін қолданылады.

Ең жоғары энергия нүктесі треккері (MPPT)

MPPT - бұл күннің орнын басқаратын арнайы цифирлік контроллер. PV элементтердің эффективтілігі күн жарығының интенсивтігіне, яғни Земляның айналуына байланысты өзгереді, MPPT-лер панелдердің оріентациясын жарық абсорбциясын және энергия шығысын максималдау үшін қолданылады.

Заряд контроллері

Заряд контроллері солнечный панельден шығатын напряжение регулидейді және батареяның артықшылық зарядынан немесе артық напряженнің пайда болуынан сақтау үшін қолданылады, сондықтан қауіпсіз және эффективті энергия сақталады.

Инвертор

Инвертор панельдерден шығатын туынды ағымды (DC) және альтернативті ағымды (AC) стандартты құрылғылар үшін қолданылатын AC энергиясына айналдыратын.